JP6068735B1 - 油圧サーボ装置及びターボ過給機 - Google Patents

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Abstract

ストロークセンサ１３に対するターボ過給機１からの熱の影響を軽減するため、ターボ過給機１のセンタハウジング４とストロークセンサ１３との間となる部位に遮熱部２０を配設し、遮熱部２０に冷却水が供給される板状の冷却水路３０が設けてある。

Description

本発明は、油圧サーボ装置及びターボ過給機に関するものである。
ターボ過給機には、油圧サーボ装置が付設されたものがある。油圧サーボ装置は、装置本体に対して移動可能に配設されたサーボピストンと、装置本体に対するサーボピストンの移動量を検出するストロークセンサとを備えたもので、サーボピストンの移動によってターボ過給機の排気ガス通路面積を変化させるように機能する。ストロークセンサは、サーボピストンに設けられた可動子と、装置本体に設けられた固定子とを備え、可動子の移動を固定子によって検出することで装置本体に対するサーボピストンの移動量を検出するように構成されている。この種の油圧サーボ装置を付設したターボ過給機によれば、排気ガス通路面積を変化させることでタービンに対する排気ガスの供給流速が変化する。従って、例えばエンジンの低速回転域においても、通路面積を減少させることにより、タービンに対する排気ガスの供給流速を増加することができ、タービンの回転エネルギーが大きくなるため、コンプレッサの過給能力を上げることが可能となる（例えば、特許文献１参照）。
特開２０１０−５９８４４号公報
上述した油圧サーボ装置を備えるターボ過給機において常に最適な過給能力を得るには、サーボピストンの位置を如何に正確に制御できるかが重要な課題となる。しかしながら、排気ガスが通過するターボ過給機は、エンジンが運転されている間、継続的に高温の状態に維持されるため、ストロークセンサの温度も高温となり、出力結果に影響を及ぼすおそれがある。
このため、特許文献１に記載のものでは、装置本体において可動子が収容される室に対して油を循環させることにより上述の問題を解決するようにしている。しかし、排気量の大きなエンジンに適用されるターボ過給機にあっては、発熱量もより大きなものとなる。従って、排気量の大きなエンジンに適用されるターボ過給機に付設した場合にも、ストロークセンサに対する熱の影響を軽減することのできる油圧サーボ装置の提供が望まれている。
本発明は、上記実情に鑑みて、ストロークセンサに対する熱の影響を軽減することのできる油圧サーボ装置及びターボ過給機を提供することを目的とする。
上記目的を達成するため、本発明に係る油圧サーボ装置は、装置本体に対して軸芯方向に移動するサーボピストンと、前記装置本体に対する前記サーボピストンの移動量を検出するストロークセンサとを備え、加えられた油圧に応じて前記サーボピストンを移動することにより、ターボ過給機のタービンに対する排気ガスの供給流速を変化させる油圧サーボ装置において、前記ターボ過給機と前記ストロークセンサとの間となる部位に、冷却水が供給される冷却水路が設けられていることを特徴とする。
また本発明は、上述した油圧サーボ装置において、前記ストロークセンサの周囲となる部位に遮熱部を備え、前記遮熱部が前記冷却水路を備えていることを特徴とする。
また本発明は、上述した油圧サーボ装置において、前記冷却水路は、前記遮熱部の肉厚内部に設けた板状の空間を含むことを特徴とする。
また本発明は、上述した油圧サーボ装置において、前記ストロークセンサは、前記サーボピストンの一端部に設けた可動子と、前記装置本体において前記可動子の周囲となる部位に配設し、前記装置本体に対する前記可動子の位置の変化を検出する固定子とを備えて構成したものであり、前記装置本体には、前記固定子を保持するセンサ保持部において前記ターボ過給機との連結部分となる部位に前記冷却水路が設けられていることを特徴とする。
また本発明は、上述した油圧サーボ装置において、前記ストロークセンサは、前記サーボピストンの一端部に設けた可動子と、前記装置本体において前記可動子の周囲となる部位に配設し、前記装置本体に対する前記可動子の位置の変化を検出する固定子とを備えて構成したものであり、前記装置本体には、前記固定子を保持するセンサ保持部において前記タービンハウジングとの連結部分となる部位に前記冷却水路が設けられ、かつ肉厚内部に前記冷却水路を有した遮熱部が前記ストロークセンサの周囲を覆うように設けられ、前記装置本体の前記冷却水路と前記遮熱部の前記冷却水路とが互いに接続されていることを特徴とする。
また本発明は、上述した油圧サーボ装置において、前記ストロークセンサは、前記サーボピストンの一端部に設けた可動子と、前記装置本体において前記可動子の周囲となる部位に配設し、前記装置本体に対する前記可動子の位置の変化を検出する固定子とを備えて構成したものであり、前記遮熱部は、前記固定子の周囲となる部位及び前記サーボピストンの軸芯延長上となる部位を覆うように構成されており、少なくとも前記固定子の周囲となる部位に前記冷却水路を有していることを特徴とする。
また本発明に係るターボ過給機は、コンプレッサを収容するコンプレッサハウジングと前記タービンハウジングとの間にセンタハウジングを備え、前記センタハウジングには、前記コンプレッサ及び前記タービンが取り付けられたシャフトが軸受を介して回転可能に支持されているとともに、前記軸受の周囲となる部位に冷却水が供給されるハウジング用冷却水路が設けられており、前記冷却水路が前記ハウジング用冷却水路に接続された状態で上述した油圧サーボ装置が前記センタハウジングに取り付けられていることを特徴とする。
本発明によれば、ストロークセンサの周囲においてターボ過給機との間となる部位に、冷却水が供給される冷却水路が設けられているため、ストロークセンサ全体の冷却が図られることになり、排気量の大きなエンジンに適用した場合にも、熱の影響を軽減することができる。
図１は、本発明の実施の形態である油圧サーボ装置を適用したターボ過給機の外観を示す斜視図である。 図２は、図１に示したターボ過給機及び油圧サーボ装置の断面平面図である。 図３は、図１に示したターボ過給機の断面側面図である。 図４は、図１に示したターボ過給機に適用する油圧サーボ装置を左方側から見た要部破断図である。 図５は、図４に示した油圧サーボ装置を後方側から見た要部破断図である。 図６は、図３に示した油圧サーボ装置の遮熱部を後部壁側から見た後部断面斜視図である。 図７は、図３に示した油圧サーボ装置の遮熱部を後部壁側から見た側部断面斜視図である。
以下、添付図１〜図７を参照しながら本発明に係る油圧サーボ装置の好適な実施の形態について詳細に説明する。それぞれの図に示した矢印Ｘ、矢印Ｙ、矢印Ｚは同一の方向を示したものである。以下においては便宜上、矢印Ｘを前後方向の前方（逆を後方）、矢印Ｙを左右方向の左方（逆を右方）、矢印Ｚを上下方向の上方（逆を下方）として説明する場合がある。
図１及び図２は、本発明の実施の形態である油圧サーボ装置を適用したターボ過給機を示したものである。ここで例示するターボ過給機１は、排気量の大きなエンジン（例えば、排気量２３，０００ｃｃ以上のディーゼルエンジン）に搭載されることを前提として構成したもので、タービン２ａを収容するタービンハウジング２と、コンプレッサ３ａを収容するコンプレッサハウジング３との間にセンタハウジング４を備えている。センタハウジング４は、図３に示すように、軸受５を介してシャフト６を回転可能に支持するものである。シャフト６は、図には示していないが、一方の端部にタービン２ａが取り付けられ、他方の端部にコンプレッサ３ａが取り付けられたものである。センタハウジング４において軸受５の周囲となる部位には、ハウジング用冷却水路４ａが設けてある。ハウジング用冷却水路４ａは、下端部に取水口４ｂを有する一方、上端部に排水口４ｃを有した水密空間である。このハウジング用冷却水路４ａには、取水口４ｂに給水管路Ｌ１が接続してあり、排水口４ｃに排水管路Ｌ２が接続してある。給水管路Ｌ１は、図示せぬエンジンによって駆動されるウオータポンプの吐出口との間を接続するものであり、排水管路Ｌ２は、ラジエータ（図示せず）の入口との間を接続するものである。すなわち、センタハウジング４のハウジング用冷却水路４ａには、エンジンによってウオータポンプが駆動された場合、冷却水が循環供給されることになる。このようにセンタハウジング４のハウジング用冷却水路４ａに冷却水を循環供給するようにしたターボ過給機１によれば、潤滑油が高温に晒されるおそれがなく、常に軸受５とシャフト６との間が潤滑油によって潤滑されるため、軸受５とシャフト６との間に焼き付きや異常摩耗が生じるおそれがない。
また、図２に示すように、センタハウジング４の前方の面４ｄには、油圧サーボ装置１０が取り付けてある。油圧サーボ装置１０は、図４に示すように、装置本体１１にサーボピストン１２及びストロークセンサ１３を備えて構成したものである。サーボピストン１２は、装置本体１１の基部１１ａに設けたシリンダ孔１１ｂに移動可能に配設したものである。図には示していないが、サーボピストン１２には、リンク機構を介してターボ過給機１の可動部材１５（図２参照）が連係してある。可動部材１５は、サーボピストン１２の移動量に応じて動作し、タービンハウジング２に設けられた排気ガス通路２ｂの開口面積を変化させるものである。図４からも明らかなうように、装置本体１１には、基部１１ａにおいてシリンダ孔１１ｂの上端部に略矩形の外形形状を有したセンサ保持部１１ｃが設けてある。センサ保持部１１ｃは、シリンダ孔１１ｂに嵌合するストッパ部１１ｄを有したものである。サーボピストン１２は、このセンサ保持部１１ｃのストッパ部１１ｄに当接することでストロークエンドとなる。
ストロークセンサ１３は、装置本体１１に対するサーボピストン１２の移動量を検出するものである。本実施の形態では、サーボピストン１２の上端部に可動子１３Ａを取り付ける一方、装置本体１１において可動子１３Ａの移動範囲を含む位置に固定子１３Ｂを配設することによってストロークセンサ１３が構成してある。可動子１３Ａは、永久磁石によってロッド状に構成したもので、互いに軸芯を合致させた状態でサーボピストン１２の軸芯延長上となる部位に配設してある。固定子１３Ｂは、ホールＩＣ等の磁界検出部材を含むものであり、可動子１３Ａの周囲を取り囲むように設けた外方筒状部１１ｅと内方筒状部１１ｇとの間に配設してある。この固定子１３Ｂは、サーボピストン１２の動作に応じて可動子１３Ａが上下方向に沿って移動した場合の磁界を検知し、その検出信号を、外方筒状部１１ｅの外部に導出した信号ケーブル１３Ｃを通じて出力するように機能する。固定子１３Ｂが配設された外方筒状部１１ｅ及び内方筒状部１１ｇは、それぞれ有底の円筒状を成すもので、開放端の外周面をセンサ保持部１１ｃに設けた嵌合孔１１ｆに嵌合させることによってセンサ保持部１１ｃに取り付けてある。内方筒状部１１ｇは、外方筒状部１１ｅの内部に嵌合しており、可動子１３Ａの周囲に供給される油と固定子１３Ｂとの間を遮断している。
図４〜図７に示すように、装置本体１１においてストロークセンサ１３の周囲となる部位には、遮熱部２０が設けてある。本実施の形態では、後壁部２１、天壁部２２及び２つの側壁部２３を有した遮熱部２０を設けるようにしている。後壁部２１は、センサ保持部１１ｃの上面１１ｃ１においてセンタハウジング４の前方の面４ｄ（図２参照）に隣接する後縁部分からサーボピストン１２の軸芯に沿って上方に延在する直方体状部分である。天壁部２２は、後壁部２１の上端部から前方に向けて突出した直方体状部分である。この天壁部２２は、外方筒状部１１ｅを含むセンサ保持部１１ｃの上面全域を覆う態様で延在した直方体状部分である。２つの側壁部２３は、それぞれセンサ保持部１１ｃの上面１１ｃ１において左右に位置する縁部分からセンサ保持部１１ｃと天壁部２２との間の開口を閉塞するように設けたものである。
図５に示すように、この遮熱部２０及び上述したセンサ保持部１１ｃには、それぞれ冷却水路３０，３１が設けてある。遮熱部２０の冷却水路３０は、図４に示すように、後壁部２１及び天壁部２２の肉厚内部に設けた空間であり、それぞれが板状を成し、肉厚内部において相互に連結している。天壁部２２の冷却水路３０は、上面に開口する排水路３２を介して外部に開口している。この排水路３２には、図示せぬ排水通路を介してウオータポンプの吸込口が接続してある。センサ保持部１１ｃの冷却水路３１は、円柱状に構成した空間であり、センタハウジング４と可動子１３Ａとの間となる部位であって、可動子１３Ａの軸芯に直交する平面に沿って延在している。センサ保持部１１ｃの冷却水路３１は、図５に示すように、両端部がそれぞれ接続水路３３を介して後壁部２１の冷却水路３０に連通し、さらに図２に示すように、装置本体１１の基部１１ａに設けた接続水路３４及びセンタハウジング４の接続水路４ｅを介してハウジング用冷却水路４ａに接続してある。
上記のように構成したターボ過給機１によれば、エンジンが運転されている場合、センタハウジング４のハウジング用冷却水路４ａに供給された冷却水が接続水路３４を介してセンサ保持部１１ｃの冷却水路３１に供給され、さらに接続水路３３を介して遮熱部２０の冷却水路３０に供給されることになる。従って、排気量の大きいエンジンに搭載した場合にも、センサ保持部１１ｃの冷却水路３１を通過する冷却水の作用により、ターボ過給機１のセンタハウジング４からストロークセンサ１３の固定子１３Ｂへの熱の伝達が抑制される。また、内部の冷却水路３０に冷却水が供給される遮熱部２０の作用により、ターボ過給機１からストロークセンサ１３の固定子１３Ｂへの輻射熱の伝達が抑制されることになる。これらの結果、ストロークセンサ１３は、熱の影響を軽減することができ、サーボピストン１２の移動量を正確に検知して出力することが可能となる。つまり、上述したターボ過給機１によれば、ストロークセンサ１３から出力されるサーボピストン１２の移動量を基準として排気ガス通路の開口面積を正確に制御することが可能となり、常に最適な過給能力を得ることができるようになる。
なお、上述した実施の形態では、遮熱部２０に設けた冷却水路３０とセンサ保持部１１ｃに設けた冷却水路３１とを直列に接続し、センサ保持部１１ｃの冷却水路３１を通過した後の冷却水を遮熱部２０の冷却水路３０に供給しているが、本発明はこれに限定されない。例えば、遮熱部２０にのみ冷却水路３０を設けるようにしても良いし、遮熱部２０の冷却水路３０とセンサ保持部１１ｃの冷却水路３１とに個別に冷却水を供給するように構成しても構わない。
また、上述した実施の形態では、遮熱部２０の冷却水路３０をハウジング用冷却水路４ａに接続し、ハウジング用冷却水路４ａを通過した冷却水を遮熱部２０の冷却水路３０に供給しているが、必ずしも遮熱部２０の冷却水路３０をハウジング用冷却水路４ａに接続する必要はない。なお、遮熱部２０の冷却水路３０をハウジング用冷却水路４ａに接続した場合、遮熱部２０の冷却水路３０を通過した後の冷却水をハウジング用冷却水路４ａに供給するようにしても構わない。
さらに、上述した実施の形態では、遮熱部２０の後壁部２１と天壁部２２とに冷却水路３０を設けているが、遮熱部２０においては後壁部２１にのみ冷却水路３０を設けるようにしても良い。逆に、遮熱部２０の側壁部２３にも冷却水路を設ければ、ターボ過給機１からの熱の影響を軽減することが可能である。
１ ターボ過給機、２ タービンハウジング、２ａ タービン、３ コンプレッサハウジング、３ａ コンプレッサ、４ センタハウジング、４ａ ハウジング用冷却水路、５ 軸受、６ シャフト、１０ 油圧サーボ装置、１１ 装置本体、１１ｃ センサ保持部、１２ サーボピストン、１３ ストロークセンサ、１３Ａ 可動子、１３Ｂ 固定子、２０ 遮熱部、３０ 冷却水路、３１ 冷却水路

Claims (6)

  1. 装置本体に対して軸芯方向に移動するサーボピストンと、前記装置本体に対する前記サーボピストンの移動量を検出するストロークセンサとを備え、加えられた油圧に応じて前記サーボピストンを移動することにより、ターボ過給機のタービンに対する排気ガスの供給流速を変化させる油圧サーボ装置において、
    前記ターボ過給機と前記ストロークセンサとの間において前記ストロークセンサの周囲となる部位に遮熱部を備え、前記遮熱部に冷却水が供給される冷却水路が設けられていることを特徴とする油圧サーボ装置。
  2. 前記冷却水路は、前記遮熱部の肉厚内部に設けた板状の空間を含むことを特徴とする請求項１に記載の油圧サーボ装置。
  3. 前記ストロークセンサは、前記サーボピストンの一端部に設けた可動子と、前記装置本体において前記可動子の周囲となる部位に配設し、前記装置本体に対する前記可動子の位置の変化を検出する固定子とを備えて構成したものであり、
    前記装置本体には、前記固定子を保持するセンサ保持部において前記ターボ過給機との連結部分となる部位に前記冷却水路が設けられていることを特徴とする請求項１に記載の油圧サーボ装置。
  4. 前記ストロークセンサは、前記サーボピストンの一端部に設けた可動子と、前記装置本体において前記可動子の周囲となる部位に配設し、前記装置本体に対する前記可動子の位置の変化を検出する固定子とを備えて構成したものであり、
    前記装置本体には、前記固定子を保持するセンサ保持部において前記ターボ過給機との連結部分となる部位に前記冷却水路が設けられ、かつ肉厚内部に前記冷却水路を有した遮熱部が前記ストロークセンサの周囲を覆うように設けられ、前記装置本体の前記冷却水路と前記遮熱部の前記冷却水路とが互いに接続されていることを特徴とする請求項１に記載の油圧サーボ装置。
  5. 前記ストロークセンサは、前記サーボピストンの一端部に設けた可動子と、前記装置本体において前記可動子の周囲となる部位に配設し、前記装置本体に対する前記可動子の位置の変化を検出する固定子とを備えて構成したものであり、
    前記遮熱部は、前記固定子の周囲となる部位及び前記サーボピストンの軸芯延長上となる部位を覆うように構成されており、少なくとも前記固定子の周囲となる部位に前記冷却水路を有していることを特徴とする請求項１に記載の油圧サーボ装置。
  6. コンプレッサを収容するコンプレッサハウジングと前記タービンハウジングとの間にセンタハウジングを備え、前記センタハウジングには、前記コンプレッサ及び前記タービンが取り付けられたシャフトが軸受を介して回転可能に支持されているとともに、前記軸受の周囲となる部位に冷却水が供給されるハウジング用冷却水路が設けられており、
    前記冷却水路が前記ハウジング用冷却水路に接続された状態で請求項１〜請求項５のいずれか１つに記載した油圧サーボ装置が前記センタハウジングに取り付けられていることを特徴とするターボ過給機。
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