JP5073120B2 - ターボ用ウェストゲートアクチュエータ - Google Patents
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- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
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Description
【技術分野】
【０００１】
この発明は、アクチュエータ軸の一端に弁を開閉するリンクを取り付けたターボ用ウェストゲートアクチュエータ（ＷＧＡ）に関する。
【背景技術】
【０００２】
ガソリンエンジン車では、今後の燃費規制の強化に伴い、エンジンのダウンサイジングによる燃費改善手段としてターボチャージャ搭載のニーズが高まっている。従来のターボ用アクチュエータにおいては、空圧（正圧・負圧）を駆動源としているが、この空圧（正圧・負圧）式アクチュエータでは、
・エンジン排圧の影響により位置を保持しにくい（位置保持が不安定、精度が悪い）
・過給時以外に動作できない（過給時以外に動作するためには、別途ポンプ等必要）
等の課題があった。
【０００３】
また、ターボ用ウェストゲートアクチュエータにおいては、過給圧の高精度制御のニーズがあり、従来の空圧（正圧・負圧）式アクチュエータに対して電制駆動式アクチュエータが増加傾向にある。特に、ガソリンエンジンのダウンサイジング化に際しては、ターボ用ウェストゲートアクチュエータの電制化がキーであり、この電制駆動式アクチュエータとしては特許文献１がある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】
特開２００７−２６２９６４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、この特許文献１に記載されている電制駆動式アクチュエータは、ウェストゲートバルブからの熱伝導によるアクチュエータロッドの熱膨張及び電動モータ部の熱害を抑制するもので、電動モータ部で駆動される直線駆動軸の先端側にはこれを前進方向に付勢する付勢機構と、アクチュエータロッド基端側にはこれを後退方向に付勢する付勢機構が設けられているが、上記空圧（正圧・負圧）式アクチュエータの課題を解消することについては開示されていない。
【０００６】
この発明は上記のような課題を解消するためになされたもので、位置保持の安定化・高精度化及び過給時以外の動作を可能にするターボ用ウェストゲートアクチュエータを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
この発明に係るターボ用ウェストゲートアクチュエータは、アクチュエータ軸の端面とモータ軸の端面とを当接させて分離可能に連結したアクチュエータ本体およびモータ本体とを備え、アクチュエータ本体は前記アクチュエータ軸を常時閉弁方向に付勢する付勢部材を備え、モータ本体は、ロータの回転力をモータ軸の直線駆動力に変換する変換部を備えたものであり、当接させるアクチュエータ軸の端面とモータ軸の端面とを円弧面としたことを特徴とし、アクチュエータ軸の一端に弁を開閉するリンクを取り付けたものである。
【発明の効果】
【０００８】
この発明によれば、アクチュエータ軸の端面とモータ軸の端面とを当接させて分離可能に連結した構成であるので、アクチュエータ軸の揺動運動はアクチュエータ本体側で吸収でき、モータ本体へ伝達することがなく該モータ本体に悪影響を与えることがない。アクチュエータ軸の端面とモータ軸の端面とを当接させる構成であるから、組立性に優れ、アクチュエータ軸とモータ軸を安価に得ることができる。この結果、位置保持の安定化・高精度化及び過給時以外の動作を可能にする。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】 この発明のターボ用ウェストゲートアクチュエータを示す閉弁状態の縦断面図である。
【図２】 この発明のターボ用ウェストゲートアクチュエータを示す開弁状態の縦断面図である。
【図３】アクチュエータ軸とモータ軸の当接部の拡大図である。
【図４】アクチュエータ軸とモータ軸の当接部の変形例を示す拡大図である。
【発明を実施するための形態】
実施の形態１．
図１はこの発明の実施の形態に係るターボ用ウェストゲートアクチュエータを示す閉弁状態の縦断面であり、アクチュエータ軸１の端面とモータ軸２の端面とを当接させて分離可能に連結したアクチュエータ本体３およびモータ本体４とを備え、アクチュエータ本体３は前記アクチュエータ軸を常時閉弁方向に付勢する付勢部材５を備え、モータ本体４は、ロータ６の回転力をモータ軸２の直線駆動力に変換する変換部７を備えた構成である。
【００１０】
アクチュエータ本体３は内部にアクチュエータ軸１を軸線方向に移動自在に支持する軸受け部８を有する。アクチュエータ軸１はモータ軸２と当接する端部周面に細径溝１ａをリング状に有し、この細径溝１ａに少なくとも２分割された楔部材９を係合させ、この楔部材９に中心の筒部１０ａを係合させてバネ受け部材１０が取り付けられ、このバネ受け部材１０とアクチュエータ本体３との間にアクチュエータ軸１を常時閉弁方向に付勢するコイルバネ等の付勢部材５が設けられている。このため、アクチュエータ軸１とモータ軸２とは分離されていても、モータ軸２の動作時は、アクチュエータ軸１が付勢部材５の付勢力によってモータ軸２に常時当接し、両軸は一体となって動作する。
【００１１】
アクチュエータ本体３から外部に突出したアクチュエータ軸１の端部（一端）には、軸１９を支点に回動するＬ字型リンク１８の一端がピン軸１９ａで屈曲自在に取り付けられている。従って、Ｌ字型リンク１８が軸１９を支点に回動すると、そのＬ字型リンク１８の他端に設けられた弁２０が開弁する。
【００１２】
モータ本体４は内部にステータコア１１を有し、このステータコア１１にはほぼ等間隔にステータコイル１５が設けられている。ステータコア１１の内部には同軸にマグネット１２を備えたロータ６が設けられ、ロータ６の中心にネジ穴１４が形成されている。このマグネット１２の外面とステータコア１１の内面との間には図示しない所定のギャップが形成されている。
ロータ６の上下部は回転軸受け１６ａ，１６ａによりモータ本体４に回転可能に支持されている。また、モータ本体４の外部には、ステータコイル１５に給電するための電源供給端子部１７が形成されている。
【００１３】
次に動作について説明する。
図１は閉弁状態を示すもので、この状態でロータ６が回転すると、そのロータ中心穴のネジ穴１４と螺合しているモータ軸２のネジ部２ａが該ネジから駆動力を受けるため、モータ軸２はロータ下部のスリット穴４ａに挿通した回り止め部２ｂによって回転することなく、アクチュエータ軸１を押圧しながら直線移動してモータ本体４の外に突出する。このモータ軸２で押圧されたアクチュエータ軸１は付勢部材５の付勢力を強めながらアクチュエータ本体３から突出してＬ字型リンク１８の一端を押圧する。このため、Ｌ字型リンク１８は軸１９を支点に回動して、図２に示すように弁２０を開弁状態となる。
【００１４】
また、図２の開弁状態において、ロータ６を上記とは逆方向に回転させると、そのロータ中心穴のネジ穴１４と螺合しているモータ軸２のネジ部２ａが該ネジから図１の場合とは逆方向の駆動力を受けるため、モータ軸２はロータ下部のスリット穴４ａに挿通した回り止め部２ｂによって回転することなく、直線移動してモータ本体４内に後退する。モータ軸２が後退すると、このモータ軸２に追従して、アクチュエータ軸１が付勢部材５の復元力によってアクチュエータ本体３内に後退する。この後退に伴って、Ｌ字型リンク１８が反時計方向に回動し、図１に示すように弁２０を閉弁させる。この閉弁状態において、アクチュエータ軸１の後退動作は停止する。一方、モータ軸２はアクチュエータ軸１から離れた所定位置まで後退したことが不図示のセンサ等で検出されることでロータ６が停止し、図１に示す閉弁状態となる。
【００１５】
アクチュエータ軸は上記の動作過程において、Ｌ字型リンク１８の回動によって軸線に対し横方向に押されて、図３に示す斜線示のように傾くが、アクチュエータ軸の端面とモータ軸の端面とが円弧状で当接しているので、モータ軸は軸方向に寸法ずれを生じることがない。また、アクチュエータ軸の端面とモータ軸の一方の端面の面積を大きくしたので、図４に示す斜線示のようにアクチュエータ軸の大きな傾きを許容する。
【００１６】
なお、上記実施の形態１では、アクチュエータ軸の駆動源として、ロータ６の回転力をモータ軸２の直線駆動力に変換するモータを例示したが、例えば、通電するとモータ軸が直線軸上を移動する電制アクチュエータ（リニアソレノイド等のアクチュエータ）を利用することもできる。
【００１７】
以上のように、この実施の形態によれば、アクチュエータ軸の端面とモータ軸の端面とを当接させて分離可能に連結した構成であるので、モータの電気的なコントロールによりバルブの開閉動作を制御することができ、エンジン排圧の有無及び影響に関係なくバルブを安定的に動作させることが可能である。この場合、アクチュエータ軸の端面とモータ軸の端面とを円弧面に構成しているので、動作中にアクチュエータ軸が傾いても、モータ軸は軸方向の寸法がずれることがない。また、その一方の端面の面積を大きくすることにより、アクチュエータ軸の大きな傾きを許容することができる。
【００１８】
また、この構成ではアクチュエータ本体３内のアクチュエータ軸１、付勢部材５、軸受け部８、バネ受け部材１０の基本コンセプトは従来（空圧式）のアクチュエータ本体と同じである。つまり、アクチュエータ本体は従来のままで、駆動源のみ空圧式から電制式へ変更することになる。これはレイアウトに影響し、電制式は従来の空圧式と同じ直動式タイプであり、駆動源が空圧式から電制式へ変更しているだけなので搭載性も良い。
【００１９】
そして、モータ本体４とアクチュエータ本体３が締結していない（分離可能である）から、ターボ用ウェストゲートアクチュエータの閉弁用途はアクチュエータ本体で行うことを基本としており、モータ本体は開弁に作用するだけでよく、電流消費量を少なくすることが可能である。その他に、モータ部とアクチュエータ部が締結していないことにより、アクチュエータ軸１の揺動運動をモータ本体４へ伝達することなくアクチュエータ本体３側で吸収できる。
【００２０】
アクチュエータ軸の揺動運動はアクチュエータ本体側で吸収でき、モータ本体へ伝達することがなく該モータ本体に悪影響を与えることがない。アクチュエータ軸とモータ軸とを当接させる構成であるから、組立性に優れ、アクチュエータ軸とモータ軸を安価に得ることができる。この結果、ターボチャージャに設けたウェストゲートバルブの位置保持の安定化・高精度化及び過給時以外の動作を可能にする。
【００２１】
なお、本願発明はその発明の範囲内において、実施の形態の任意の構成要素の変形、もしくは実施の形態の任意の構成要素の省略が可能である。
【０００１】
この発明は、アクチュエータ軸の一端に弁を開閉するリンクを取り付けたターボ用ウェストゲートアクチュエータ（ＷＧＡ）に関する。
【背景技術】
【０００２】
ガソリンエンジン車では、今後の燃費規制の強化に伴い、エンジンのダウンサイジングによる燃費改善手段としてターボチャージャ搭載のニーズが高まっている。従来のターボ用アクチュエータにおいては、空圧（正圧・負圧）を駆動源としているが、この空圧（正圧・負圧）式アクチュエータでは、
・エンジン排圧の影響により位置を保持しにくい（位置保持が不安定、精度が悪い）
・過給時以外に動作できない（過給時以外に動作するためには、別途ポンプ等必要）
等の課題があった。
【０００３】
また、ターボ用ウェストゲートアクチュエータにおいては、過給圧の高精度制御のニーズがあり、従来の空圧（正圧・負圧）式アクチュエータに対して電制駆動式アクチュエータが増加傾向にある。特に、ガソリンエンジンのダウンサイジング化に際しては、ターボ用ウェストゲートアクチュエータの電制化がキーであり、この電制駆動式アクチュエータとしては特許文献１がある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】
特開２００７−２６２９６４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、この特許文献１に記載されている電制駆動式アクチュエータは、ウェストゲートバルブからの熱伝導によるアクチュエータロッドの熱膨張及び電動モータ部の熱害を抑制するもので、電動モータ部で駆動される直線駆動軸の先端側にはこれを前進方向に付勢する付勢機構と、アクチュエータロッド基端側にはこれを後退方向に付勢する付勢機構が設けられているが、上記空圧（正圧・負圧）式アクチュエータの課題を解消することについては開示されていない。
【０００６】
この発明は上記のような課題を解消するためになされたもので、位置保持の安定化・高精度化及び過給時以外の動作を可能にするターボ用ウェストゲートアクチュエータを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
この発明に係るターボ用ウェストゲートアクチュエータは、アクチュエータ軸の端面とモータ軸の端面とを当接させて分離可能に連結したアクチュエータ本体およびモータ本体とを備え、アクチュエータ本体は前記アクチュエータ軸を常時閉弁方向に付勢する付勢部材を備え、モータ本体は、ロータの回転力をモータ軸の直線駆動力に変換する変換部を備えたものであり、当接させるアクチュエータ軸の端面とモータ軸の端面とを円弧面としたことを特徴とし、アクチュエータ軸の一端に弁を開閉するリンクを取り付けたものである。
【発明の効果】
【０００８】
この発明によれば、アクチュエータ軸の端面とモータ軸の端面とを当接させて分離可能に連結した構成であるので、アクチュエータ軸の揺動運動はアクチュエータ本体側で吸収でき、モータ本体へ伝達することがなく該モータ本体に悪影響を与えることがない。アクチュエータ軸の端面とモータ軸の端面とを当接させる構成であるから、組立性に優れ、アクチュエータ軸とモータ軸を安価に得ることができる。この結果、位置保持の安定化・高精度化及び過給時以外の動作を可能にする。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】 この発明のターボ用ウェストゲートアクチュエータを示す閉弁状態の縦断面図である。
【図２】 この発明のターボ用ウェストゲートアクチュエータを示す開弁状態の縦断面図である。
【図３】アクチュエータ軸とモータ軸の当接部の拡大図である。
【図４】アクチュエータ軸とモータ軸の当接部の変形例を示す拡大図である。
【発明を実施するための形態】
実施の形態１．
図１はこの発明の実施の形態に係るターボ用ウェストゲートアクチュエータを示す閉弁状態の縦断面であり、アクチュエータ軸１の端面とモータ軸２の端面とを当接させて分離可能に連結したアクチュエータ本体３およびモータ本体４とを備え、アクチュエータ本体３は前記アクチュエータ軸を常時閉弁方向に付勢する付勢部材５を備え、モータ本体４は、ロータ６の回転力をモータ軸２の直線駆動力に変換する変換部７を備えた構成である。
【００１０】
アクチュエータ本体３は内部にアクチュエータ軸１を軸線方向に移動自在に支持する軸受け部８を有する。アクチュエータ軸１はモータ軸２と当接する端部周面に細径溝１ａをリング状に有し、この細径溝１ａに少なくとも２分割された楔部材９を係合させ、この楔部材９に中心の筒部１０ａを係合させてバネ受け部材１０が取り付けられ、このバネ受け部材１０とアクチュエータ本体３との間にアクチュエータ軸１を常時閉弁方向に付勢するコイルバネ等の付勢部材５が設けられている。このため、アクチュエータ軸１とモータ軸２とは分離されていても、モータ軸２の動作時は、アクチュエータ軸１が付勢部材５の付勢力によってモータ軸２に常時当接し、両軸は一体となって動作する。
【００１１】
アクチュエータ本体３から外部に突出したアクチュエータ軸１の端部（一端）には、軸１９を支点に回動するＬ字型リンク１８の一端がピン軸１９ａで屈曲自在に取り付けられている。従って、Ｌ字型リンク１８が軸１９を支点に回動すると、そのＬ字型リンク１８の他端に設けられた弁２０が開弁する。
【００１２】
モータ本体４は内部にステータコア１１を有し、このステータコア１１にはほぼ等間隔にステータコイル１５が設けられている。ステータコア１１の内部には同軸にマグネット１２を備えたロータ６が設けられ、ロータ６の中心にネジ穴１４が形成されている。このマグネット１２の外面とステータコア１１の内面との間には図示しない所定のギャップが形成されている。
ロータ６の上下部は回転軸受け１６ａ，１６ａによりモータ本体４に回転可能に支持されている。また、モータ本体４の外部には、ステータコイル１５に給電するための電源供給端子部１７が形成されている。
【００１３】
次に動作について説明する。
図１は閉弁状態を示すもので、この状態でロータ６が回転すると、そのロータ中心穴のネジ穴１４と螺合しているモータ軸２のネジ部２ａが該ネジから駆動力を受けるため、モータ軸２はロータ下部のスリット穴４ａに挿通した回り止め部２ｂによって回転することなく、アクチュエータ軸１を押圧しながら直線移動してモータ本体４の外に突出する。このモータ軸２で押圧されたアクチュエータ軸１は付勢部材５の付勢力を強めながらアクチュエータ本体３から突出してＬ字型リンク１８の一端を押圧する。このため、Ｌ字型リンク１８は軸１９を支点に回動して、図２に示すように弁２０を開弁状態となる。
【００１４】
また、図２の開弁状態において、ロータ６を上記とは逆方向に回転させると、そのロータ中心穴のネジ穴１４と螺合しているモータ軸２のネジ部２ａが該ネジから図１の場合とは逆方向の駆動力を受けるため、モータ軸２はロータ下部のスリット穴４ａに挿通した回り止め部２ｂによって回転することなく、直線移動してモータ本体４内に後退する。モータ軸２が後退すると、このモータ軸２に追従して、アクチュエータ軸１が付勢部材５の復元力によってアクチュエータ本体３内に後退する。この後退に伴って、Ｌ字型リンク１８が反時計方向に回動し、図１に示すように弁２０を閉弁させる。この閉弁状態において、アクチュエータ軸１の後退動作は停止する。一方、モータ軸２はアクチュエータ軸１から離れた所定位置まで後退したことが不図示のセンサ等で検出されることでロータ６が停止し、図１に示す閉弁状態となる。
【００１５】
アクチュエータ軸は上記の動作過程において、Ｌ字型リンク１８の回動によって軸線に対し横方向に押されて、図３に示す斜線示のように傾くが、アクチュエータ軸の端面とモータ軸の端面とが円弧状で当接しているので、モータ軸は軸方向に寸法ずれを生じることがない。また、アクチュエータ軸の端面とモータ軸の一方の端面の面積を大きくしたので、図４に示す斜線示のようにアクチュエータ軸の大きな傾きを許容する。
【００１６】
なお、上記実施の形態１では、アクチュエータ軸の駆動源として、ロータ６の回転力をモータ軸２の直線駆動力に変換するモータを例示したが、例えば、通電するとモータ軸が直線軸上を移動する電制アクチュエータ（リニアソレノイド等のアクチュエータ）を利用することもできる。
【００１７】
以上のように、この実施の形態によれば、アクチュエータ軸の端面とモータ軸の端面とを当接させて分離可能に連結した構成であるので、モータの電気的なコントロールによりバルブの開閉動作を制御することができ、エンジン排圧の有無及び影響に関係なくバルブを安定的に動作させることが可能である。この場合、アクチュエータ軸の端面とモータ軸の端面とを円弧面に構成しているので、動作中にアクチュエータ軸が傾いても、モータ軸は軸方向の寸法がずれることがない。また、その一方の端面の面積を大きくすることにより、アクチュエータ軸の大きな傾きを許容することができる。
【００１８】
また、この構成ではアクチュエータ本体３内のアクチュエータ軸１、付勢部材５、軸受け部８、バネ受け部材１０の基本コンセプトは従来（空圧式）のアクチュエータ本体と同じである。つまり、アクチュエータ本体は従来のままで、駆動源のみ空圧式から電制式へ変更することになる。これはレイアウトに影響し、電制式は従来の空圧式と同じ直動式タイプであり、駆動源が空圧式から電制式へ変更しているだけなので搭載性も良い。
【００１９】
そして、モータ本体４とアクチュエータ本体３が締結していない（分離可能である）から、ターボ用ウェストゲートアクチュエータの閉弁用途はアクチュエータ本体で行うことを基本としており、モータ本体は開弁に作用するだけでよく、電流消費量を少なくすることが可能である。その他に、モータ部とアクチュエータ部が締結していないことにより、アクチュエータ軸１の揺動運動をモータ本体４へ伝達することなくアクチュエータ本体３側で吸収できる。
【００２０】
アクチュエータ軸の揺動運動はアクチュエータ本体側で吸収でき、モータ本体へ伝達することがなく該モータ本体に悪影響を与えることがない。アクチュエータ軸とモータ軸とを当接させる構成であるから、組立性に優れ、アクチュエータ軸とモータ軸を安価に得ることができる。この結果、ターボチャージャに設けたウェストゲートバルブの位置保持の安定化・高精度化及び過給時以外の動作を可能にする。
【００２１】
なお、本願発明はその発明の範囲内において、実施の形態の任意の構成要素の変形、もしくは実施の形態の任意の構成要素の省略が可能である。
Claims (2)
- アクチュエータ軸の一端に弁を開閉するリンクを取り付けたターボ用ウェストゲートアクチュエータにおいて、
前記アクチュエータ軸の端面とモータ軸の端面とを当接させて分離可能に連結したアクチュエータ本体およびモータ本体とを備え、
前記アクチュエータ本体は、前記アクチュエータ軸を常時閉弁方向に付勢する付勢部材を備え、
前記モータ本体は、通電により直線軸上を移動する上記モータ軸を備え、
当接させる前記アクチュエータ軸の端面と前記モータ軸の端面とを円弧面としたことを特徴とするターボ用ウェストゲートアクチュエータ。 - 当接させるアクチュエータ軸の端面とモータ軸の端面の一方の面積を大きくしたことを特徴とする請求項１記載のターボ用ウェストゲートアクチュエータ。
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