JP6687292B2 - Actuator for turbocharger - Google Patents
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Description
この発明は、ターボチャージャ用アクチュエータに関するものである。 The present invention relates to a turbocharger actuator.
特許文献1に係るアクチュエータは、シャフトを駆動するモータが樹脂製のハウジングで覆われている。このハウジングにはフランジ部が形成され、フランジ部はターボチャージャのコンプレッサハウジングにねじで締結されている。
In the actuator according to
従来のアクチュエータは以上のように構成されているので、樹脂製のフランジ部が、ターボチャージャのコンプレッサハウジングに接触する。アクチュエータは駆動時に自己発熱するため、アクチュエータ内部が高温になる。また、ターボチャージャは排気ガスの熱で高温になるため、アクチュエータのフランジ部はターボチャージャの熱を受けて高温になる。これらにより、アクチュエータのハウジング等、熱に弱い樹脂製の部品が溶損する場合がある。このように、従来のアクチュエータは耐熱性が低いという課題があった。 Since the conventional actuator is configured as described above, the resin flange portion comes into contact with the compressor housing of the turbocharger. Since the actuator self-heats during driving, the temperature inside the actuator becomes high. Further, since the turbocharger becomes hot due to the heat of exhaust gas, the flange portion of the actuator receives the heat of the turbocharger and becomes hot. As a result, the components such as the actuator housing, which are made of a resin weak against heat, may be melted and damaged. As described above, the conventional actuator has a problem of low heat resistance.
この発明は、上記のような課題を解決するためになされたもので、ターボチャージャ用アクチュエータの耐熱性を向上させることを目的とする。 The present invention has been made to solve the above problems, and an object thereof is to improve the heat resistance of a turbocharger actuator.
この発明に係るターボチャージャ用アクチュエータは、シャフトをその軸方向に移動させる、樹脂製のハウジングで被覆されたモータと、ハウジングに形成された樹脂フランジ部と、シャフトに貫通され、内部をシャフトがその軸方向に移動するブッシュと、ブッシュの外周に位置し、ブッシュを支持する金属ボスと、金属ボスに形成され、樹脂フランジ部と共にターボチャージャの取り付け部に共締めされて取り付け部に接触する金属フランジ部とを備えるものである。 The turbocharger actuator according to the present invention includes a motor for moving the shaft in the axial direction thereof, the motor being covered with a resin housing, a resin flange portion formed on the housing, and a shaft penetrating the shaft, and the inside of the shaft is A bush that moves in the axial direction, a metal boss that is located on the outer circumference of the bush and that supports the bush, and a metal flange that is formed on the metal boss and that is fastened together with the resin flange portion to the mounting portion of the turbocharger and contacts the mounting portion. And a section.
この発明によれば、金属フランジ部と樹脂フランジ部とがターボチャージャの取り付け部に共締めされ、金属フランジ部が取り付け部に接触するようにしたので、モータが発する熱およびターボチャージャが発する熱を、金属フランジ部から取り付け部へ放熱できる。よって、アクチュエータの温度上昇を抑制でき、アクチュエータの耐熱性が向上する。 According to the present invention, the metal flange portion and the resin flange portion are fastened together with the mounting portion of the turbocharger so that the metal flange portion contacts the mounting portion. Therefore, heat generated by the motor and heat generated by the turbocharger are prevented. Heat can be dissipated from the metal flange to the mounting part. Therefore, the temperature rise of the actuator can be suppressed, and the heat resistance of the actuator is improved.
以下、この発明をより詳細に説明するために、この発明を実施するための形態について、添付の図面に従って説明する。
実施の形態1.
図1は、この発明の実施の形態1に係るアクチュエータ1の構成例を示す外観斜視図である。図2は、この発明の実施の形態1に係るアクチュエータ1の構成例を示す断面図である。図3は、この発明の実施の形態1に係るアクチュエータ1の構成例を示す分解斜視図である。実施の形態1に係るアクチュエータ1は、シャフト2をその軸方向に往復移動させるものである。以下では、アクチュエータ1を、ターボチャージャのウェイストゲートバルブを開閉する用途に用いる。このアクチュエータ1は、ねじ26により、ターボチャージャの取り付け部102に取り付けられる。Hereinafter, in order to describe the present invention in more detail, embodiments for carrying out the present invention will be described with reference to the accompanying drawings.
FIG. 1 is an external perspective view showing a configuration example of an
モータ3は、シャフト2をその軸方向に往復移動させる駆動力を発生させる。モータ3は、整流子7、ブラシ8、回転子9、コイル10、磁石11、およびヨーク12を含むブラシ付きモータである。このモータ3の内部には2つの軸受部5a,5bが設置され、軸受部5a,5bはパイプ6を回転自在に支持する。パイプ6の外周面には整流子7、回転子9およびコイル10が固定される。整流子7の外周側には、ブラシ8が設置される。回転子9およびコイル10の外周側には、磁石11およびヨーク12が設置される。なお、モータ3は、ブラシ付きモータに限定されるものでなく、シャフト2をその軸方向に往復移動させる駆動力を発生させるものであればよい。
The
モータ3は、樹脂製のモータハウジング4に被覆される。モータハウジング4の一端側には、コネクタ15が一体に形成され、他端側には、樹脂フランジ部4aが一体に形成される。また、モータハウジング4の内部には、シャフト2の位置を検出するための磁気センサ16、センサ用磁石17およびセンサ用シャフト18が設置される。
The
モータハウジング4の樹脂フランジ部4aが形成された側には、ブッシュ20および金属ボス21が設置される。ブッシュ20および金属ボス21は、シャフト2に貫通される。ブッシュ20および金属ボス21を貫通したシャフト2の端部には、不図示のウェイストゲートバルブが連結される。
A
ブッシュ20は、フランジ部20aおよび円筒部20bを有する。円筒部20bのモータ3側にはフランジ部20aが形成され、反対側にはシャフト2の貫通穴が形成される。フランジ部20aは、モータハウジング4の樹脂フランジ部4aが形成された側に嵌合する。円筒部20bは、シャフト2の軸方向の移動をガイドする。シール部材24は、ブッシュ20とシャフト2との隙間を塞ぐ。このシール部材24は、例えばOリングである。キャップ23は、ブッシュ20の貫通穴側に嵌合され、シール部材24を支持する。ブッシュ20およびキャップ23は、内周面に接触するシャフト2の削れを抑えるために、例えば樹脂で構成される。
The
ブッシュ20の外周には、ブッシュ20を被覆する金属ボス21が設けられる。この金属ボス21は、金属フランジ部21aおよび円筒部21bを有する。円筒部21bのモータ3側には金属フランジ部21aが形成され、反対側にはシャフト2の貫通穴が形成される。金属フランジ部21aは、ねじ25により、モータハウジング4の樹脂フランジ部4aに締結される。ねじ25は、樹脂フランジ部4aの穴4bと金属フランジ部21aの穴21cとに通される。また、金属フランジ部21aは、ねじ26により、樹脂フランジ部4aとともに取り付け部102に共締めされる。ねじ26は、樹脂フランジ部4aの穴4cと金属フランジ部21aの穴21dとに通される。樹脂フランジ部4aと金属フランジ部21aとが取り付け部102に共締めされるため、これらの部品に寸法ばらつきがあったとしても、樹脂フランジ部4aが金属フランジ部21aを押さえつけた状態で締結される。よって、樹脂フランジ部4aと金属フランジ部21aと取り付け部102とが互いに密着し、隙間がない。
A
なお、図示例では、モータハウジング4と金属ボス21との締結を2つのねじ25を用いて2か所で行う構成であるが、これに限定されず、何か所で締結してもよい。同様に、図示例では、モータハウジング4と金属ボス21の取り付け部102への共締めを2つのねじ26を用いて2か所で行う構成であるが、これに限定されず、何か所で共締めしてもよい。例えば、モータハウジング4と金属ボス21との締結を2つのねじ25を用いて2か所で行う構成にすると共に、モータハウジング4と金属ボス21の取り付け部102への共締めを4つのねじ26を用いて4か所で行う構成にしてもよい。
In the illustrated example, the
この金属ボス21は、モータ3が発する熱H1を取り付け部102へ放熱するために、および、ターボチャージャのタービンハウジングから伝わる排気ガスの熱H2を取り付け部102へ放熱するために、アルミ等の、熱伝導率の高い金属材料で構成される。また、ブッシュ20の円筒部20bと、金属ボス21の円筒部21bとの間には空気層22がある。この空気層22は、空気の断熱機能を利用した断熱層である。
The
パイプ6の中にはシャフト2が配置される。パイプ6の内周面には雌ねじ形状のねじ機構13が形成される。一方、シャフト2の外周面には雄ねじ形状のねじ機構14が形成される。ねじ機構14はねじ機構13にねじ込まれて結合される。シャフト2の一端側は、モータハウジング4、ブッシュ20および金属ボス21を貫通して、不図示のウェイストゲートバルブに連結される。シャフト2の他端側は、センサ用シャフト18に当接する。
The
コネクタ15のターミナル15aに電圧が印加されると、電流がターミナル15a、ブラシ8、整流子7およびコイル10へ流れる。コイル10に電流が流れると、回転子9は磁化されて磁石11に引き付けられる。これにより回転子9が回転し、この回転子9に一体化されたパイプ6等も回転する。回転子9の回転運動は、パイプ6のねじ機構13とシャフト2のねじ機構14との結合によって直動運動に変換され、シャフト2が金属ボス21の外へ押し出される。コイル10に流れる電流が逆転すると、回転子9が逆向きに回転し、シャフト2が金属ボス21の内へ引き込まれる。シャフト2の往復移動に伴い、不図示のウェイストゲートバルブが開閉する。
When a voltage is applied to the terminal 15a of the
センサ用磁石17は、センサ用シャフト18に固定される。シャフト2の往復移動に伴ってセンサ用シャフト18が往復移動すると、センサ用磁石17も連動して往復移動する。磁気センサ16は、センサ用磁石17の往復移動に伴って変化する磁束密度を検出する。不図示の演算装置は、磁気センサ16が検出した磁束密度に基づいて、シャフト2の位置を演算する。
The
図4は、この発明の実施の形態1に係るアクチュエータ1をターボチャージャ100に取り付けた状態を例示する図である。ターボチャージャ100は、コンプレッサ100aおよびタービン100bを備える。コンプレッサ100aは、吸気配管103のコンプレッサハウジング101a内に設置される。このコンプレッサハウジング101aには、アクチュエータ1を取り付けるための取り付け部102が形成される。タービン100bは、排気配管104のタービンハウジング101bに設置される。コンプレッサハウジング101aおよびタービンハウジング101bは、耐熱性に優れた鋳鉄等で構成される。
FIG. 4 is a diagram illustrating a state where the
エンジン105から出た高温の排気ガスは、排気配管104を流れて車両外へ排出される際、タービン100bを回転させる。タービン100bの回転量は、ウェイストゲートバルブ110の開度により調整される。タービン100bはコンプレッサ100aと連結されているので、タービン100bが回転するとコンプレッサ100aも回転する。コンプレッサ100aが回転すると、吸気配管103に取り入れられた外気が圧縮されて過給気になる。過給気は、インタクーラ106およびスロットルバルブ107を経由して、エンジン105へ流れる。スロットルバルブ107の閉弁時にはエアバイパスバルブ108が開弁してエアバイパス配管109が開き、コンプレッサ100a上流側の過給気がエアバイパス配管109を流れてコンプレッサ100a下流側へ戻る。
The high-temperature exhaust gas emitted from the
図4において、アクチュエータ1のモータ3側は、相対的に低温なコンプレッサ100a側に配置される。一方、アクチュエータ1の金属ボス21側は、相対的に高温なタービン100b側に配置される。また、取り付け部102は、相対的に低温なコンプレッサハウジング101aと接続しているため、取り付け部102も相対的に低温である。
In FIG. 4, the
タービンハウジング101bの排気ガスの熱H2は、ウェイストゲートバルブ110、シャフト2、および金属ボス21を伝い、金属フランジ部21aが接触する取り付け部102へと放熱される。金属ボス21は、熱伝導率の高い金属材料で構成されているため、熱H2を効率的に取り付け部102へ放熱できる。また、モータハウジング4の樹脂フランジ部4aと金属ボス21の金属フランジ部21aとがねじ26によって取り付け部102に共締めされているので、金属フランジ部21aと取り付け部102とが密着し、熱H2が金属フランジ部21aから取り付け部102へと伝わりやすい。これらの構成により、アクチュエータ1の温度上昇を抑制でき、熱に弱い樹脂製のモータハウジング4を保護できる。
The heat H2 of the exhaust gas of the turbine housing 101b propagates through the
また、金属ボス21とブッシュ20との間に設けられた空気層22は、金属ボス21からブッシュ20への熱H2の伝わりを抑制する。これにより、熱に弱い樹脂製のブッシュ20およびキャップ23を保護できる。
Further, the
さらに、モータ3が駆動するときにコイル10等が発する熱H1は、軸受部5bから金属ボス21を伝い、またはモータハウジング4から樹脂フランジ部4aを伝い、金属フランジ部21aが接触する取り付け部102へと放熱される。これにより、アクチュエータ1の温度上昇を抑制でき、熱に弱い樹脂製のモータハウジング4を保護できる。
Further, the heat H1 generated by the
以上のように、実施の形態1に係るアクチュエータ1は、シャフト2をその軸方向に移動させる、樹脂製のモータハウジング4で被覆されたモータ3と、モータハウジング4に形成された樹脂フランジ部4aと、シャフト2に貫通され、内部をシャフト2がその軸方向に移動するブッシュ20と、ブッシュ20の外周に位置し、ブッシュ20を支持する金属ボス21と、金属ボス21に形成され、樹脂フランジ部4aと共にターボチャージャ100の取り付け部102に共締めされて取り付け部102に接触する金属フランジ部21aとを備える。共締めにより、金属フランジ部21aと取り付け部102とが密着する。これにより、モータ3が発する熱H1およびターボチャージャ100が発する熱H2を、金属フランジ部21aから取り付け部102へ放熱でき、アクチュエータ1の温度上昇を抑制できる。よって、アクチュエータ1の耐熱性が向上し、アクチュエータを、ターボチャージャ100のウェイストゲートバルブ110を開閉する用途に用いることができる。
As described above, in the
また、実施の形態1に係るアクチュエータ1は、金属ボス21とブッシュ20との間に空気層22がある。空気の断熱機能を利用して、金属ボス21からブッシュ20等への熱H2の伝わりを抑制できる。よって、アクチュエータ1の温度上昇を抑制できる。
Further, the
なお、アクチュエータ1は、金属ボス21とブッシュ20の少なくとも一部が当接している構成であってもよい。
図5は、この発明の実施の形態1に係るアクチュエータ1を、図2のA−A線で切断した断面図である。シャフト2および円筒部20bの中心Oに対し、金属ボス21の円筒部21bは偏心している。これにより、金属ボス21とブッシュ20とは、当接部Bにおいて当接する。この構成により、モータ3が発する熱H1が、モータハウジング4、ブッシュ20、当接部Bおよび金属ボス21を伝い、金属フランジ部21aから取り付け部102へと放熱される。よって、アクチュエータ1の温度上昇を抑制できる。The
FIG. 5 is a sectional view of the
実施の形態2.
図6は、この発明の実施の形態2に係るアクチュエータ1のうちの金属ボス21の構成例を示す断面図である。実施の形態2に係るアクチュエータ1は、図1に示した実施の形態1のアクチュエータ1に対して水抜き穴21eが追加された構成である。図6において図1と同一または相当する部分は、同一の符号を付し説明を省略する。
FIG. 6 is a sectional view showing a configuration example of the
水抜き穴21eは、金属ボス21内に侵入した水および塵等の異物を金属ボス21外へ排出するための穴である。水および塵等の異物は、例えば、樹脂フランジ部4aと金属フランジ部21aとの間、および金属フランジ部21aと取り付け部102との間から、金属ボス21内へ侵入する。金属ボス21にはシャフト2を貫通させるための貫通穴が開口しているが、シャフト2と貫通穴との隙間はわずかであるため、金属ボス21内に異物が停留しやすい。例えば、水が金属ボス21内に停留した場合、空気層22の断熱機能が低下する。また、アクチュエータ1の使用環境によっては停留した水が凍結してアクチュエータ1を破損させる可能性がある。そのため、金属ボス21内に侵入した水を水抜き穴21eから金属ボス21外へ速やかに排出することが望ましい。
The
図6の例では、金属ボス21内の異物が排出されやすいように、円筒部21bの重力方向における下部に水抜き穴21eが形成されている。図6において、紙面上側が重力方向G1における上部であり紙面下側が重力方向G1における下部である場合、水は水抜き穴21eから排出されやすい。あるいは、アクチュエータ1の取り付け角度によっては、紙面右側が重力方向G2における上部であり紙面左側が重力方向G2における下部になる場合もある。その場合でも、水は水抜き穴21eから排出されやすい。
In the example of FIG. 6, a
アクチュエータ1の取り付け角度によっては、水抜き穴21eが重力方向における下部に位置するとは限らない。そこで、アクチュエータ1の取り付け角度によらず金属ボス21の水抜き穴21eが重力方向における下部に位置するように、アクチュエータ1を構成してもよい。具体例を、図7に示す。
Depending on the mounting angle of the
図7は、この発明の実施の形態2に係るアクチュエータ1におけるモータハウジング4および金属ボス21の構成例を示す平面図である。金属ボス21の金属フランジ部21aには、円筒部21bの周囲に等間隔に並んだ4つの穴21d−1,21d−2,21d−3,21d−4がある。一方、モータハウジング4の樹脂フランジ部4aには、2つの穴4c−1,4c−2がある。なお、図7では、穴21cは図示を省略している。
FIG. 7 is a plan view showing a configuration example of the
図7では紙面上側が重力方向G3における上部であり紙面下側が重力方向G3における下部である。よって、水抜き穴21eは、重力方向G3における下部に配置されることが望ましい。
ここで、配線の都合により、モータ3のコネクタ15は、重力方向G3における上部に配置される場合を想定する。この場合、穴21d−1と穴4c−1とを取り付け部102に共締めするとともに、穴21d−3と穴4c−2とを取り付け部102に共締めする。In FIG. 7, the upper side of the drawing is the upper portion in the gravity direction G3, and the lower side of the drawing is the lower portion in the gravity direction G3. Therefore, it is desirable that the
Here, it is assumed that the
あるいは、配線の都合により、モータ3のコネクタ15が、重力方向G3における下部に配置される場合もある。この場合、穴21d−1と穴4c−2とを取り付け部102に共締めするとともに、穴21d−3と穴4c−1とを取り付け部102に共締めする。これにより、金属ボス21の水抜き穴21eおよびモータ3のコネクタ15が、重力方向G3における下部に配置される。
Alternatively, the
このように、金属フランジ部21aと樹脂フランジ部4aとを共締めする穴の組み合わせを変更することにより、樹脂フランジ部4aに対する金属フランジ部21aの、シャフト2を中心とする周方向の取り付け角度を90度ずつ回転させることができる。これにより、水抜き穴21eの位置を容易に変更できる。
なお、図示例では、モータハウジング4と金属ボス21の取り付け部102への共締めを2つのねじ26を用いて2か所で行う構成であるが、これに限定されず、何か所で共締めしてもよい。例えば、樹脂フランジ部4aの穴4c−1,4c−2の数を4つに増やし、モータハウジング4と金属ボス21の取り付け部102への共締めを4つのねじ26を用いて4か所で行う構成にしてもよい。In this way, by changing the combination of the holes for fastening the
In the illustrated example, the
以上のように、実施の形態2の金属ボス21は、水抜き穴21eを有する。これにより、金属ボス21内の水および塵等の停留を防止でき、ひいては空気層22の断熱機能低下を抑制できる。
As described above, the
また、実施の形態2に係るアクチュエータ1は、金属フランジ部21aの穴21d−1〜21d−4の数が樹脂フランジ部4aの穴4c−1,4c−2の数以上であり、金属フランジ部21aと樹脂フランジ部4aとを共締めする穴の組み合わせを変更することにより、樹脂フランジ部4aに対する金属フランジ部21aの、シャフト2を中心とする周方向の取り付け角度が変更可能である。これにより、水抜き穴21eの位置を容易に変更できる。
Further, in the
なお、図示例では、金属フランジ部21aに4つの穴21d−1〜21d−4を設ける構成であるが、穴の数は任意の数でよい。穴の数が多いほど、金属フランジ部21aと樹脂フランジ部4aとを共締めする穴の組み合わせ数が増え、水抜き穴21eがとり得る位置が増える。
また、図示例では、金属フランジ部21aの穴の数が、樹脂フランジ部4aの穴の数以上であるが、反対に、樹脂フランジ部4aの穴の数が、金属フランジ部21aの穴の数以上でもよい。この構成の場合にも、金属フランジ部21aと樹脂フランジ部4aとを共締めする穴の組み合わせを変更することにより、樹脂フランジ部4aに対する金属フランジ部21aの、シャフト2を中心とする周方向の取り付け角度を変更できる。In the illustrated example, four
Further, in the illustrated example, the number of holes of the
なお、本発明はその発明の範囲内において、各実施の形態の自由な組み合わせ、各実施の形態の任意の構成要素の変形、または各実施の形態の任意の構成要素の省略が可能である。 It should be noted that, within the scope of the invention, the present invention can freely combine the respective embodiments, modify any constituent element of each embodiment, or omit any constituent element of each embodiment.
この発明に係るターボチャージャ用アクチュエータは、耐熱性を向上させるようにしたので、高温下で使用されるウェイストゲートバルブおよび可変ジオメトリベーン等を作動させるアクチュエータに用いるのに適している。 Since the turbocharger actuator according to the present invention has improved heat resistance, it is suitable for use as an actuator that operates a wastegate valve, a variable geometry vane, or the like used at high temperatures.
1 アクチュエータ、2 シャフト、3 モータ、4 モータハウジング、4a 樹脂フランジ部、4b,4c,4c−1,4c−2,21c,21d,21d−1〜21d−4 穴、5a,5b 軸受部、6 パイプ、7 整流子、8 ブラシ、9 回転子、10 コイル、11 磁石、12 ヨーク、13,14 ねじ機構、15 コネクタ、15a ターミナル、16 磁気センサ、17 センサ用磁石、18 センサ用シャフト、20 ブッシュ、20a フランジ部、20b,21b 円筒部、21 金属ボス、21a 金属フランジ部、21e 水抜き穴、22 空気層、23 キャップ、24 シール部材、25,26 ねじ、100 ターボチャージャ、100a コンプレッサ、100b タービン、101a コンプレッサハウジング、101b タービンハウジング、102 取り付け部、103 吸気配管、104 排気配管、105 エンジン、106 インタクーラ、107 スロットルバルブ、108 エアバイパスバルブ、109 エアバイパス配管、110 ウェイストゲートバルブ、B 当接部、G1,G2,G3 重力方向、H1,H2 熱、O 中心。
DESCRIPTION OF
Claims (5)
前記ハウジングに形成された樹脂フランジ部と、
前記シャフトに貫通され、内部を前記シャフトがその軸方向に移動するブッシュと、
前記ブッシュの外周に位置し、前記ブッシュを支持する金属ボスと、
前記金属ボスに形成され、前記樹脂フランジ部と共にターボチャージャの取り付け部に共締めされて前記取り付け部に接触する金属フランジ部とを備えるターボチャージャ用アクチュエータ。A motor covered with a resin housing for moving the shaft in the axial direction,
A resin flange portion formed on the housing,
A bush penetrated by the shaft, in which the shaft moves in the axial direction thereof;
Located on the outer periphery of the bush, a metal boss that supports the bush,
An actuator for a turbocharger, comprising: a metal flange portion formed on the metal boss and fastened together with the resin flange portion to a mounting portion of the turbocharger and contacting the mounting portion.
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