JP5161864B2 - Ｌ型薄板の応力低減構造 - Google Patents

Description

本発明は、エンジンに搭載される機器類をエンジンの輻射熱から守るためＬ型薄板の断熱部材の構造に関する。

エンジン出力の過渡応答性をよくするため、ターボチャージャのタービンロータへ噴出させる排気ガスの圧力をノズルブレードによって調整して、ターボチャージャの過給圧力をすばやく変化させて、エンジン性能を十分に引出す可変容量ターボチャージャ（Variable Geometry Turbocharger；以下ＶＧターボと称す）が採用されている。ＶＧターボはエンジンの出力制御装置からの指示に従い、エンジンの燃焼室から排出された排気ガスを、電子制御式のアクチュエータによりリンク機構を介して、ノズルブレードの開度を調整しながら、タービンロータを回転させ、タービンロータと同軸的に連結されたコンプッレサでエアクリーナからの吸気を圧縮して、インタークーラを経てエンジンの燃焼室へ送気している。
ＶＧターボの排気ガスが入るスクロール側はエンジン燃焼室から出てきた高温の排気ガスが入るため、ＶＧターボの周囲に輻射熱を発散している。
ところが、電子制御式のアクチュエータ及び、電子制御式のアクチュエータを収納している容器は耐熱性に乏しい。そのために、ＶＧターボと電子制御式のアクチュエータを収納している容器との間に輻射熱を遮る断面形状がＬ字形の遮蔽板を介装させている。

Ｌ字形の遮蔽板は一面がエンジンに装着されたＶＧターボに取付けられ、他面がＶＧターボと電子制御式のアクチュエータとの間で、ＶＧターボ及び電子制御式のアクチュエータ共に間隔を有して配置されている。所謂片持ち状態で取付けられている。
両持ち状態で固定すると、固定部から熱伝導により電子制御式のアクチュエータに熱が伝わり、アクチュエータの性能維持が難しくなる。
そのため、ＶＧターボは自身の駆動振動及び、エンジン振動を受けて、他面が３方向に、特に面と直角方向にＬ字形の屈曲部を支点として振動して、断面形状がＬ字形の屈曲部に大きな応力が発生していることが判明し、最悪の場合には亀裂が入る可能性がある不具合を有している。
このような不具合を解決するための技術が示された特許文献として、特開平８−２１８８３７号公報（特許文献１）が提案されている。

特開平８−２１８８３７号公報

特許文献１の従来技術（部品の符号は部品を明確にするため、特許文献１に記載の符号をそのまま使用する）ではエンジンのオイルパン内部にオイルの揺動を抑制するバッフルプレート２端縁の任意の位置に切欠き部３，４が形成されている。この切欠き部３，４によりバッフルプレート２の上下間が連通することになっている。そして、バッフルプレート２の面外方向の剛性を向上させるため、バッフルプレート２の外周縁及び切欠き部３，４の縁部をバッフルプレート２の面に直交する折り曲げ部５を形成して剛性を向上させている。
更に、従来技術の対策として、バッフルプレート２の面に直交する折り曲げ部５の断面形状をＵ字状の凸状に形成させて、バッフルプレート２の面に直交する力が作用したときに、凸状の上端が部材の端部にならないようにして、バッフルプレート２剛性を上げると共に端部の応力低減を図っている。

しかし、作用力に対して、剛性を向上させたり、端縁に作用する応力を下げるために、Ｕ字状の凸状に形成させることは、部材の形状を複雑に形成するため製造金型が複雑となり製造コストが高くなる不具合を有している。
また、凸状に形成させた部分は剛性が向上するので、特に部材の端縁に凸状部を形成させた部分の周囲には応力集中が発生しやすく、その対応としては剛性を維持するために板厚を上げる必要があり、重量が重くなると共に、材料のコストも上昇する不具合を有している。

そこで、本発明はこのような問題点を解決するためになされたもので、応力の高くなる部分の剛性を下げて、変形を容易にすることで、応力集中を避け耐振強度を向上させることにより、コスト低減及び信頼性の向上を図ったＶＧターボのアクチュエータを保護するＬ形薄板の断熱材構造を提供することを目的とする。

本発明はかかる目的を達成するもので、Ｌ字状の屈曲部を有した板部材の一面が振源部材に取付けられ、前記一面に連続した他面には幅方向の一辺側の端縁が前記屈曲部の屈曲側へ延出したフランジ部を有し、前記フランジ部の前記屈曲部と、前記一面の前記フランジ部側端縁とを連結する補強片を配置すると共に、他辺側の端縁が平面状に形成され、前記他面が前記振源部材に対し間隔を有して配置されたＬ型薄板の応力低減構造において、前記他面の前記屈曲部から前記他面の端縁までの突出量のうち、前記屈曲部を越え、且つ前記突出量の３／１以内の範囲に他の部分より前記他面の面に対し垂直方向の剛性を低下させた剛性低減部を形成したことを特徴とする。

かかる発明によれば、振源部材の振動により、他面は面方向に屈曲部を支点として振動するが、振動により発生する曲げモーメントが大きくなる部分に他面の面に対し垂直方向の剛性を低下させた剛性低減部を配設することにより、当該部を変形させて応力集中を緩和させ、耐振強度の向上を図ることができる。

また、本願発明において好ましくは、前記剛性低減部は前記他辺側の前記端縁に前記一辺側に向け底部がＵ字状、又は円形状に形成された切欠き部を設けると共に、前記切欠き部の前記幅方向の長さは前記幅方向の長さの２０％以内で、且つ前記切欠き部の前記端縁方向の長さは前記突出量の１０％以内とするとよい。

このような構成により、切欠き部の底部をＵ字状、又は円形状にしたので、他辺側に他面に対し直角方向の振動が発生しても、底部全域で変形するので、応力集中が緩和される。

また、本願発明において好ましくは、前記剛性低減部は前記他面の前記幅方向に円または楕円もしくは長円の曲率形状の孔を設けると共に、前記孔による切欠き部の前記幅方向の長さは前記幅方向の長さの２０％以内で、且つ、前記切欠き部の前記屈曲部から前記端縁方向の長さは前記突出量の１０％以内とするとよい。

このような構成により、剛性低減部の切欠き孔を円または楕円（長円）形状としたので、切欠き部内周縁全体で曲げモーメントに対する変形を吸収して、変形による応力緩和を図ることができる。

また、本願発明において好ましくは、前記剛性低減部は前記他面に前記屈曲部に沿うと共に、幅方向に凹部又は、凸部が前記他面の片面側に条状に連なり、且つ前記端縁方向に複数条設けるとよい。

このような構成により、他面の片面側に条状に前記他面の幅方向略全域にわたり複数個の凹部又は、凸部を設けることにより、他面に対し直角方向の振動が発生しても、複数の条と条の境界において、曲げモーメントに対する変形を吸収して、変形による応力緩和を図ることができる。

本発明によれば、応力の高くなる部分の剛性を下げて、変形を容易にすることで、応力集中を避け耐振強度を向上させることにより、コスト低減及び信頼性の向上が得られる。

本発明のＬ型薄板の応力低減構造が使用されるＶＧターボへの取付状態を示す概略構成図を示す。 本発明の第１実施形態に係るＬ型薄板の応力低減構造を示す。 本発明の第２実施形態に係るＬ型薄板の応力低減構造を示す。 本発明の第３実施形態に係るＬ型薄板の応力低減構造を示す。

以下、本発明の実施形態を図１〜図４に基づいて説明する。
但し、この実施例に記載されている構成部品の寸法、材質、形状、その相対配置などは特に特定的な記載がない限り、この発明の範囲をそれのみに限定する趣旨ではなく、単なる説明例にすぎない。

（第１実施形態）
図１は本実施形態におけるＶＧターボに本発明のＬ型薄板の断熱材に応力低減構造を取付けた場合の斜視図を示す。
１はＶＧターボ全体の斜視図を示し、エンジン（図示省略）からの排気ガスが流入する排気タービン２と、該排気タービン２による駆動でエアクリーナ（図示省略）からの吸気を圧縮する吸気コンプレッサ３と、排気タービン２内に内蔵され排気ガスのタービンロータ（図示省略）への噴出速度（圧力）を変化させるノズルブレード（図示省略）を駆動するアクチュエータ４とを備えている。
また、排気タービン２の輻射熱からアクチュエータ４を保護するＬ形断熱部材５がＶＧターボ１のアクチュエータ４に取付けられている。

排気タービン２にはエンジンの燃焼室からの排気ガスが排気ガス入口２２へ導入される。
導入された排気ガスは内部のノズルブレードによって速度が変化されタービンロータを駆動して排気ガス出口２１から排出される。
ノズルブレードはエンジン制御装置（図示省略）からの信号により、アクチュエータ４のリンクレバー４１によって、ノズルブレード先端部の開閉動作を行っている。
吸気コンプレッサ３はタービンロータと同軸的に配置されたコンプレッサ（図示省略）によって、エアクリーナ（図示省略）から吸気口３２へ導入された吸気を圧縮して、吐出口３１からインタークーラ（図示省略）を経てエンジンの燃焼室へ導入される。
尚、アクチュエータ４はエンジンに取付けられたＶＧターボ１に固着されているので、エンジンの振動（３方向の振動）を受ける構造になっており、Ｌ形断熱材５に対しては振源部材となっている。

図２に示すように、Ｌ形断熱材５は一面である断熱面Ｂ５２が振源部材であるアクチュエータ４にボルトで締結されている。また、断熱面Ｂ５２に連続し、略直角に屈曲した屈曲部を介して他面である断熱面Ａ５１が振源部材であるアクチュエータ４に間隔を有して配置されている。
断熱面Ａ５１の円柱状の突出部はアクチュエータ４を駆動するステップモータの外周部を覆っているカバー部である。
また、断熱面Ａ５１は断熱面Ａ５１の幅Ｍ方向の一辺側には前記略直角に屈曲した側に延出したフランジ部５５が設けられている。
尚、フランジ部５５の屈曲部側近傍には断熱面Ｂ５２の屈曲部近傍の端縁から、フランジ部５５側に屈曲した補強部５３がフランジ部５５に溶着されている。
従って、当該コーナ部は断熱面Ａ５１、断熱面Ｂ５２及びフランジ部５５によって、三面が一体的に形成さた高剛性部となっている。
断熱面Ａ５１の幅Ｍ方向の一辺側と反対側の他辺側には一辺側に向けＵ字状の切欠き部５６と、フランジ部５５と反対方向に延出したケーブルステー５８が配置されている。ケーブルステー５８は貫通孔５９にエンジンコントロール用のケーブルを貫通させてケーブルを支持している。
剛性低減部である切欠き部５６の位置は、断熱面Ａ５１の屈曲部を越え、屈曲部から端縁側に突出した突出量Ｌの１／３以下の部分で、且つ他辺側から一辺側への切欠き量Ｎが２０％以下で、更に、切欠きの幅は突出量Ｌの１０％以下に設けられている。
そして、切欠き部５６は断熱面Ａ５１の面に対し垂直方向の剛性を低減している。
尚、切欠き部５６の底部５７を本実施形態ではＵ字状に形成したが、円形状にしても同様の効果を得られる。
更に、切欠き部５６が複数の場合には、切欠き部５６の幅の合計が突出量Ｌの１０％以下になるように形成される。また、底部５７が円形の場合には円の直径の合計とする。

エンジンに取付けられたＶＧターボ１、ＶＧターボ１に取付けられた振源部材であるアクチュエータ４にはエンジンの振動が直接伝わってくる。従って、断熱面Ａ５１はあらゆる方向の振動を受けるが、取分け断熱面Ａ５１の面に垂直の方向に屈曲部を支点として振動する。振動により発生する曲げモーメントが大きくなる部分に剛性を低下させたＵ字状又は円形状の剛性低減部となる切欠き部を配設することにより、断熱面Ａ５１の他辺側に他面に対し直角方向の振動が発生しても、底部５７全域で変形するので、応力集中が発生し難く、発生応力が分散される。

（第２実施形態）
本発明のＬ形断熱部材は第１実施形態と使用目的、取付部形状が同じなので、アクチュエータ４への取付説明は省略する。
尚、第１実施形態と同じ部品は同一の符号を付す。
図３に本発明第２実施形態のＬ形断熱部材６の斜視図を示す。
Ｌ形断熱部材６は一面である断熱面Ｂ６２はアクチュエータ４（図示省略）にボルトで締結されている。また、断熱面Ｂ６２に連続し、略直角に屈曲した屈曲部を介して他面である断熱面Ａ６１が配置されている。
また、断熱面Ａ６１は断熱面Ａ６１の幅Ｍ方向の一辺側には前記略直角に屈曲した側に延出したフランジ部６３が設けられている。断熱面Ａ６１の幅Ｍ方向の一辺側と反対側の他辺側にはケーブルステー６４がフランジ部６３と反対方向に延出している。ケーブルステー６４は貫通孔６５にエンジンコントロール用のケーブルを貫通させてケーブルを支持している。

断熱面Ａ６１の幅方向に沿って、剛性低減部となる複数の円形状の切欠き孔６６が幅方向Ｍに沿って形成されている。
切欠き孔６６の位置は、断熱面Ａ６１の屈曲部を越え、屈曲部から端縁側に突出した突出量Ｌの１／３以下の部分で、切欠き孔６６の端縁側方向の寸法は突出量Ｌの１０％以下に設けられている。また、切欠き孔６６の幅方向Ｍの切欠き長さは幅Ｍの２０％以下にされている。
尚、切欠き孔６６を本実施形態では一列に形成したが、複数列形成してもよいが、切欠き孔６６の端縁側方向の寸法の合計が突出量Ｌの１０％以下に設けられるようにする。
更に、切欠き孔は１つでも、突出量Ｌの１／３以下であると共に、突出量Ｌの１０％以下で切欠き孔の幅方向Ｍの切欠き長さは幅Ｍの２０％以下にされていれば同様の効果を得られる。
本実施形態では円形状にしたが、長円形もしくは長円の曲率形状を有した孔なら同様の効果を得ることができる。
また、図３に示すように、切欠き孔６６は他辺側にオフセットした位置に配置されている。断熱面Ａ６１の幅Ｍ方向の一辺側にはフランジ部６３が配置されており、剛性が高いので、一辺側に切欠き孔６６を設けるよりも、他辺側に配置した方が効果大である。

本実施形態では、剛性低減部の切欠き孔を円または楕円もしくは長円の曲率形状としたので、切欠き孔６６の内周縁全体で曲げモーメントに対する変形を吸収するので、変形による応力緩和範囲が長くなり、その分応力が分散して、応力集中を防止することができる。

（第３実施形態）
本発明のＬ形断熱部材は第１実施形態と使用目的、取付部形状が同じなので、アクチュエータ４への取付説明は省略する。
尚、第１実施形態と同じ部品は同一の符号を付す。
図３に本発明第２実施形態のＬ形断熱部材７の斜視図を示す。
Ｌ形断熱部材７は一面である断熱面Ｂ７２はアクチュエータ４（図示省略）にボルトで締結されている。また、断熱面Ｂ７２に連続し、略直角に屈曲した屈曲部を介して他面である断熱面Ａ７１が配置されている。
また、断熱面Ａ７１は断熱面Ａ７１の幅Ｍ方向の一辺側には前記略直角に屈曲した側に延出したフランジ部７３が設けられている。断熱面Ａ７１の幅Ｍ方向の一辺側と反対側の他辺側にはケーブルステー７４がフランジ部７３と反対方向に延出している。ケーブルステー７４は貫通孔７５にエンジンコントロール用のケーブルを貫通させてケーブルを支持している。

断熱面Ａ７１の幅方向に沿って、剛性低減部となる複数の凸部（又は凹部）である波目状突起が断熱面Ａ７１の片側面に条状に連なり幅方向Ｍの全幅に沿って形成されと共に、断熱面Ａ７１の屈曲部から端縁側に突出した方向に複数条配置されている。
本形状は幅方向Ｍに対する剛性は高いが、凸部（又は凹部）の条に沿った複数条の各条間部分は断熱面Ａ７１の垂直方向に対して剛性低減部となっている。
波目状突起７６の位置は、断熱面Ａ７１の屈曲部を越え、屈曲部から端縁側に突出した突出量Ｌの１／３以下の部分に設けられている。
尚、波目状突起７６は一つの条が断熱面Ａ７１の片面側に連続して突出していれば良い。例えば、１条目が断熱面Ａ７１の一面側に突出し、２条目が断熱面Ａ７１の他面側に突出するように、条によって突出方向が交互に変化しても同様な効果がえられる。
また、本実施形態では波目状突起を断熱面Ａ７１の幅方向Ｍの全幅に実施したが、状況により他辺側から一辺側に向け中途までにしても同様の効果が得られる。状況とは板厚、エンジンから伝わる振動状況、波目状の大きさ等が影響する。
また、本実施例では形状を波目としたが、ディンプル形状にしても同様の効果を得ることができる。

本実施形態では、剛性低減部となる複数の波目状突起が断熱面Ａ７１の片側面に条状に連なり幅方向Ｍに沿って複数条形成されるので、断熱面Ａ７１の振動に伴う曲げモーメントに対する曲げを波形状の頂部と谷部にて吸収するので、曲げ変形をする部分が屈曲部に対して平行になるので、曲げ変形部に発生する応力が幅Ｍ方向で略均等に近い値が発生するので、発生応力の分散が行われ変形による応力緩和範囲が長くなり、その分応力が分散して、応力集中を防止することができる。

本発明によれば、ＶＧターボを駆動するアクチュエータへの熱害を防止するため、断熱部材を取付けるが、断熱部材には断面がＬ字形で、片持ち支持の自由端を有する片に振動により発生する曲げモーメントの応力軽減を図るために、曲げモーメントの応力が高いところに剛性低減部を設けることにより、断熱部材の信頼性向上、発生応力分散による部品の板厚減少等によるコスト低減等が可能となり、ＶＧターボを搭載したエンジンに用いることに適している。

１ ＶＧターボ
２ 排気タービン
３ 吸気コンプレッサ
４ アクチュエータ
５、６、７ Ｌ形断熱部材
５１、６１、７１ 断熱面Ａ
５２、６２、７２ 断熱面Ｂ
５６ 切欠き部負荷・回転センサ
５７ 底部
６６ 円形切欠き
７６ 波目状突起

Claims (4)

1. Ｌ字状の屈曲部を有した板部材の一面が振源部材に取付けられ、前記一面に連続した他面には幅方向の一辺側の端縁が前記屈曲部の屈曲側へ延出したフランジ部を有し、前記フランジ部の前記屈曲部と、前記一面の前記フランジ部側端縁とを連結する補強片を配置すると共に、他辺側の端縁が平面状に形成され、前記他面が前記振源部材に対し間隔を有して配置されたＬ型薄板の応力低減構造において、前記他面の前記屈曲部から前記他面の端縁までの突出量のうち、前記屈曲部を越え、且つ前記突出量の３／１以内の範囲に他の部分より前記他面の面に対し垂直方向の剛性を低下させた剛性低減部を形成したことを特徴とするＬ型薄板の応力低減構造。
2. 前記剛性低減部は前記他辺側の前記端縁に前記一辺側に向け底部がＵ字状、又は円形状に形成された切欠き部を設けると共に、前記切欠き部の前記幅方向の長さは前記幅方向の長さの２０％以内で、且つ前記切欠き部の前記端縁方向の長さは前記突出量の１０％以内としたことを特徴とする請求項１記載のＬ型薄板の応力低減構造。
3. 前記剛性低減部は前記他面の前記幅方向に円または楕円もしくは長円の曲率形状の孔を設けると共に、前記孔による切欠き部の前記幅方向の長さは前記幅方向の長さの２０％以内で、且つ、前記切欠き部の前記屈曲部から前記端縁方向の長さは前記突出量の１０％以内としたことを特徴とする請求項１記載のＬ型薄板の応力低減構造。
4. 前記剛性低減部は前記他面に前記屈曲部に沿うと共に、幅方向に凹部又は、凸部が前記他面の片面側に条状に連なり、且つ前記端縁方向に複数条設けたことを特徴とする請求項１記載のＬ型薄板の応力低減構造。

Images