JPH09303153A - ターボチャージャ・ウェイストゲート用アクチュエータ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 （修正有） 【課題】 ターボチャージャ・ウエイストゲート用アク
チュエータに関し、従来品に比し、より超寿命で且つ安
価な装置を提供する。 【解決手段】 アクチュエータを、略有底筒状の外ケー
ス1A と、蓋状のキャップ1B と、周方向断面略Ｕ字状で
内周側脚部には摺動突部が形成された環状体であって外
周側脚部で前記密閉容器の内壁に全周にわたって気密に
取付けられたフッ素樹脂シール部材10と、外ケースの底
面中央に摺動自在に挿通支持されて延びるロッド4 と、
フッ素樹脂シール部材の摺動突部11a に気密に弾接する
有底筒状体で中央部にロッドの一端が結合されたピスト
ン2 と、このピストンを押圧付勢するバネ機構5 とを含
む構成とする。又、フッ素樹脂シール部材の開口溝部内
部より断面Ｕ字状の金属製環状バネ12を嵌装する。フッ
素樹脂シール部材外周には突条11b を設けておき、外ケ
ース端環状部を加締めて挟み込み固定する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は内燃機関用のターボ
チャージャの排気タービンに接続し用いるウェイストゲ
ートバルブを開閉制御するためのアクチュエータ（ター
ボチャージャ・ウェイストゲート用アクチュエータ）に
関する。

【０００２】

【従来の技術】ターボチャージャウェイストゲート用の
アクチュエータとしては、例えば実願昭58-22980号（実
開昭59-130028 号）にても開示されている様に、一般に
ダイヤフラムを内蔵するアクチュエータケースに、該ダ
イヤフラムの動きをウェイストゲートバルブに伝達する
連結ドットを摺動自在に挿通させ、該ロッドを会してウ
ェイストゲートバルブを過給圧に応じて開閉制御すると
により過度の過給動作を制限するようになっている。

【０００３】図２は、こうした従来のダイヤフラムを備
えたウェイストゲート用アクチュエータの一例( 符号:1
00´) を示す側断面図である。図中で符号(1A)にて示す
ものは金属製の外ケースであり、同じく金属製のキャッ
プ(1B)と組み合わさって（Ｆ部で加締めて固定）略円筒
状の密閉外囲器を形成する。(8) は、密閉外囲器用の取
付けブラケットである。外囲器の内部空間は弾性変形容
易な厚膜状のダイヤフラム(3) によって軸方向に区画さ
れキャップ(1B)側の密閉空間即ち圧力室(9) にはニップ
ル(7) が取付けられて外部と連通している。

【０００４】前記ダイヤフラム(3) には軸方向に摺動自
在な有底筒状のピストン(2´) が固定されていて該ピス
トン(2´) の中心にはロッド(4) が取付けられており、
前記外ケース(1A)の底部中心を貫通して延びていてその
先端には図示しないトラニオン及びナットが取付けられ
ていてウェイストゲートの弁機構に接続される。符号
(5) は、前記ピストン(2´) 内（図では底部右側）に弾
装されてピストン(2´)を図の左方に付勢するコイルス
プリングである。

【０００５】シール材として機能する上記ダイヤフラム
(3) は、非金属性のものが使用されており、殆どのもの
は化学繊維の織物に合成ゴムの薄い膜を施した構成とな
っている。こうした構成のダイヤフラム(3) は、使用さ
れる温度範囲に応じて適性な材質が選定されて製品毎に
使い分けられているが、その個別設計や製造部品として
の手配や在庫管理が煩雑で多くの労力を要していた。

【０００６】なお、このダイヤフラム(3) は、径方向の
剛性は高くないため単独使用にては前記ピストン(2´)
が外部振動の影響を受けて振れる結果、ピストンに面で
接しているダイヤフラムが摩耗し孔が空いて作動不可に
なるおそれがある。このため、例示装置を含めて一般に
は防止手段が併用される。例えば、図示アクチュエータ
では振動によりロッド(4) が傾動して性能に悪影響を与
えるのを防止するため振れ防止部品として有底筒状で底
部面中央にロッド(4) に対応する貫通孔を設けたロッド
ガイド(6) を図では右方に開口するように同軸上に配置
して貫通孔でロッド(4) を摺動自在に支持してロッド
(4) の傾動を抑止するようになっている。

【０００７】また、ピストン(2´) の端部(2a)をＵ字状
に折り返した断面形状にしその最大外径を前記外ケース
(1A)の内径に略一致させることでピストン(2´) の偏心
を防止している（振れ防止形状）。

【０００８】然しながら、上記した振れ防止形状や振れ
防止部品の採用は他方で問題点を有している。即ち、ピ
ストンの振れ防止のために部品形状が複雑化し単価上昇
を招き、また振れ防止のため余計な振れ止め部品の使用
は、そのまま部品点数の増加となりコストアップの要因
となっている。

【０００９】更に、コスト面の難点以外にも次のような
性能的問題点も生じている。即ち、振動対策のための形
状は摺動部分の増加を意味し摺動抵抗が増えてピストン
を抑える結果、アクチュエータの作動がスムースでなく
なるし、振動抑止の為の追加部品も同様で、ピストンを
抑えて摺動抵抗を増し、アクチュエータの作動がスムー
スでなくなるとの問題があった。これは、近年になって
エンジン性能アップのためにアクチュエータの応動性を
高める要請が強まっていることもあり解決策が希求され
ていた。

【００１０】更には、摺動部分の増加は別な障害にも繋
がる。即ち、金属部での摺動部分が多い結果、対応して
より多量の摩耗屑が発生し、ダイヤフラムとピストンの
接する部分に特に悪影響を与えて、ダイヤフランジに穴
が空き作動不良となってしまう。この不都合は部品寿命
の短命化となって顕れる。

【００１１】上述した様に従前のアクチュエータに於い
ては、ダイヤフラム(3) を用いていることにより直接的
に生じるダイヤフラム(3) 寿命の問題や製造管理上での
コスト面での問題、また、ダイヤフラム(3) を用いてい
ることに起因して間接的に派生するアクチュエータのコ
ストアップや短寿命化の問題等は夫々が、何とか解決策
はないものかと積年の懸案であった。

【００１２】

【発明が解決しようとする課題】本発明は、上述した如
く従来のアクチュエータにおける実状に鑑みて創案され
たもので、ダイヤフラム使用に起因した既述した各問題
点について、同時に解決を計り、長寿命で安価なアクチ
ュエータを新規に提案することを目的としたものであ
る。

【００１３】

【課題を解決するための手段】本発明では、ターボチャ
ージャ・ウェイストゲート用アクチュエータを、略有底
筒状の外ケース(1A)と、前記外ケースの開口部に対応し
た蓋状体で外ケースと結合して密閉容器を形成するキャ
ップ(1B)と、周方向断面略Ｕ字状で内周側脚部には摺動
突部が形成された環状体であって外周側脚部で前記密閉
容器の内壁に全周にわたって気密に取付けられたフッ素
樹脂シール部材(10)と、前記外ケースの底面部中央に設
けられた貫通孔に軸方向に摺動自在に挿通支持されて延
びるロッド(4) と、前記密閉容器の内部空間内に配置さ
れ前記フッ素樹脂シール部材(10)の縮径自在の摺動突部
に気密に弾接する側筒摺動部を含む側筒部を持った有底
筒状体でその底面開口側中央部にて前記ロッドの一端に
結合されたピストン(2) と、このピストン底部面に開口
側より係接して該ピストンを押圧付勢するバネ機構(5)
と、前記ピストン及びフッ素樹脂シール部材(10)により
区画された圧力室(9) を外部に連通させる流体連通部
(7) とを含み構成することで、前述課題を解決する。

【００１４】上記構成に依れば、フッ素樹脂シール部材
(10)が広い温度範囲でピストン(2)と外ケース(1A)間の
間隙を確実にシールして圧力室(9) の気密性を保ち、且
つ低摩擦抵抗でピストン(2) の摺動をガイドすると同時
に適度な剛性を有することより偏心を適切に抑止して不
都合な振動を抑制する。

【００１５】本発明では更に、前記フッ素樹脂シール部
材(10)の、開口溝部(13)に内部より周方向断面Ｕ字状の
金属製環状バネ(12)を嵌装して両脚部を開脚方向に付勢
するようにしても良い。これによりシール性が更に向上
し、耐久性も上がる。また、前記フッ素樹脂シール部材
(11)は、その外周側に周方向に沿って略一定厚みの突条
(11b) が一体に形成されており、前記外ケース(1A)の端
環状部を加締めて前記突条(11b) をキャップ(1B)の端縁
部とともに挟み込み規定位置に固定するようにしても良
い。この簡単で組立て簡易な取付構造を採用することで
製品の低コスト化がはかれる。

【００１６】

【発明の実施の形態】〔実施例〕以下、本発明を実施例
を挙げ添付図面に沿って詳述する。図１の(a) ・(b) 両
図は、本発明によるターボチャージャ・ウェイストゲー
ト用アクチュエータの一実施例( 符号:100) を説明する
図であり、図１(a) は一部断面側面図を、また図１(b)
はその要部（Ｚ部）を拡大した断面図を示している。図
中で、前出の図２と同一或いは同等部分には同一符号を
用ている。

【００１７】実施例では、外ケース(1A)、キャップ(1
B)、流体連通部（ニップル:(7)）及びバネ機構(5) とし
てのコイルスプリングについては従来と異なる点は無
く、また、ロッド(4) も略同等である。一方、ピストン
(2) とこれに外周側から接するシール部材は本発明特有
のものとなっている。

【００１８】鉄又はステンレスを素材とした外ケース(1
A)は、略有底筒状に形成されその底面板状部には中央に
ロッド(4) が遊嵌・挿通する貫通孔が設けられている。
この外ケース(1A)と対になるキャップ(1B)は、鉄又はス
テンレス製で略蓋形状に形成されていて、外ケースの開
口部側に組み合わされて周辺で加締め結合（後述）され
密閉容器を構成する。

【００１９】この密閉容器内部には、後で詳述するフッ
素樹脂シール部材(10)と側筒部で軸方向に摺動自在に係
接する有底筒状の金属製ピストン(2) が底部をキャップ
側にして収容されており、該ピストン(2) の中央部には
前記外ケースの底面部中央に設けられた貫通孔に軸方向
に摺動自在に挿通支持されて延びるロッド(4) の一端が
固定されている。ロッド(4) の他端は最終的にウェイス
トゲートに連結されていてピストン(2) の動きに対応し
て弁機構を駆動する。

【００２０】上記ピストン(2) の開口側で前記外ケース
の底面部間にはバネ機構としてのコイルスプリング(5)
が取付けられていて、その一端はピストン(2) の底部面
に係接して該ピストン(2) を常時キャップ(1B)側に押圧
付勢している。

【００２１】そして、前記ピストン(2) の外周面と前記
外ケース内周面の間隙部には、シール材としてのフッ素
樹脂シール部材(10)が全周にわたって取付けられていて
両者間を摺動自在且つ気密状態にシールしている。この
フッ素樹脂シール材(10)は、周方向断面が略横向きＵ字
状の環状部材で、その内周側脚部の外表面（径方向内側
面）には摺動突部(11a) が形成されており、また外周側
脚部の外表面に周方向に全周にわたって帯状に略一定厚
みで所定高さの突条(11b) が一体に形成されている。

【００２２】フッ素樹脂シール部材(10)は、所謂テフロ
ン（商標）系の樹脂を素材として上記形状に形成したも
ので、当然ながら耐熱性が高く従って使用温度範囲が広
範でありまた、摩擦係数が小さく滑り易い。但し、弾性
には富んでおらず過度の変形させると破断する。当然、
大きな復元力を期待することはできない。この短所を補
うために実施例では、Ｕ字溝部の先端部に突出段部を設
けると共に薄い金属板で溝の壁面に沿う断面形状の補助
バネ、即ち周方向断面Ｕ字状で環状に形成された金属製
環状バネ(12)を開口溝部(13) 内に嵌装することで弾撥
力を補なってシール材の両脚部を開脚方向に付勢してシ
ール性を高めている。

【００２３】また、フッ素樹脂シール部材(10)は接着に
よる固定はできないので、実施例では、外ケース(1A)端
部の環状部分を加締めて変形させることにより前述した
突状(11b) をキャップの端縁部とともに挟み込んで側面
から挟圧し（Ｆ部）、密閉容器へ固定すると同時にシー
ル性を確保するという簡易な方法を採用している。仮に
この方法に替えて、取付け部にフッ素樹脂シール材の形
状に対応した空間形状を確保しかつ装着後のフッ素樹脂
シール材を挟持固定する部材や固定機構を用いた場合に
は、部品費の高騰及び組立工数の増加は避けられない
（コストアップ）。

【００２４】上記構成により摺動突部(11a) が縮径自在
に弾接することで軸方向の摺動が許容される。既に触れ
たピストン(2) では、外周面の少なくとも摺動突部(11
a) と接する領域（側筒摺動部）は気密性を充分保つた
めに相応の精度良い仕上げ面にしておく必要がある。

【００２５】実施例のターボチャージャ・ウェイストゲ
ート用アクチュエータ(100) では、前記ピストン(2) 及
びフッ素樹脂シール部材(10)により区画されたキャップ
側空間部が圧力室(9) となる。キャップ(1B)にはこの圧
力室(9) を外部に連通させる流体連通部であるニップル
(7) が設けられていて、使用時には外部の圧力流体（排
気ガス）に接続される。

【００２６】以上説明した構成のアクチュエータでは、
次のような効果が得られる。イ)フッ素樹脂シール材がア
クチュエータが使用される実用温度範囲（−60°〜＋23
0 °Ｃ）において特性変化が無いことから、従来のよう
に部品（ダイヤフラム）の材質を使用温度範囲に合わせ
て変更する必要が無くなり単一シール部材で対応可能と
なる。即ち、同一製品を全温度範囲に適用でき、製造過
程・流通過程で管理が容易となり大幅なコスト低減とな
る。ロ)ピストン外周と線接触していてシール材自体が耐
久性が高く、製品が長寿命となる。ハ)金属摺動部が減る
結果、摩耗屑の発生が減りシール部材の寿命を縮めるこ
とが無く、この点も製品の長寿命化につながる。ニ)ピス
トン外周と線接触していてシール部の摺動抵抗が少な
く、アクチュエータの作動がスムースであり、これを用
いたターボ・エンジンのレスポンス特性が向上する。ホ)
シール部材自体がピストンの振れを防止するので、従来
は必要であったピストンの振れ防止の余計な振れ止め部
品や部品形状による対策が不要であり、部品点数の減
少、部品形状の単純化の結果として、構造がシンプルで
かつ安価となる。

【００２７】なお、更に、前記フッ素樹脂シール部材
の、開口溝部に内部より周方向断面Ｕ字状の金属製環状
バネを嵌装して両脚部を開脚方向に付勢するようにした
ものでは、シール性が一段と向上し、且つシール部材の
耐久性が上がる。また、シール部材の外周側に一定厚み
の突条を形成し、前記外ケース端環状部を加締めること
で固定する取付構造としたものは低コスト化がはかれ
る。

【００２８】

【発明の効果】上述の通り、本発明のターボチャージャ
・ウェイストゲート用アクチュエータは、既述した如き
構成のフッ素樹脂シール部材を導入し、各部を既述の構
成とすることによって、ダイヤフラムに起因して従来生
じていた寿命の問題や、素材使い分けに伴う製造管理上
でのコスト的問題、また、振れ防止対策によるコストア
ップや短寿命化の問題等が一挙に解消され、長寿命・高
信頼性でしかも安価なターボチャージャ・ウェイストゲ
ート用アクチュエータが得られ、その効果は産業上極め
て有益である。

【図面の簡単な説明】

【図１】(a) は本発明のアクチュエータの一実施例を示
す一部破断側面図であり、(b)はその要部拡大断面図で
ある。

【図２】従来のターボチャージャ・ウェイストゲート用
アクチュエータの一例を示す側断面図である。

【符号の説明】

(1A)…外ケース、 (1B)…キャップ、 (2) …ピストン、 (4) …ロッド、 (5) …バネ機構（コイルスプリング）、 (7) …流体連通部（ニップル）、 (9) …圧力室、 (10)…フッ素樹脂シール部材、 (11b) …突条、 (12)…金属製環状バネ、 (13)…開口溝部。

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 略有底筒状の外ケース(1A)と、前記外ケ
   ースの開口部に対応した蓋状体で外ケースと結合して密
   閉容器を形成するキャップ(1B)と、周方向断面略Ｕ字状
   で内周側脚部には摺動突部が形成された環状体であって
   外周側脚部で前記密閉容器の内壁に全周にわたって気密
   に取付けられたフッ素樹脂シール部材(10)と、前記外ケ
   ースの底面部中央に設けられた貫通孔に軸方向に摺動自
   在に挿通支持されて延びるロッド(4) と、前記密閉容器
   の内部空間内に配置され前記フッ素樹脂シール部材(10)
   の縮径自在の摺動突部に気密に弾接する側筒摺動部を含
   む側筒部を持った有底筒状体でその底面開口側中央部に
   て前記ロッドの一端に結合されたピストン(2) と、この
   ピストン底部面に開口側より係接して該ピストンを押圧
   付勢するバネ機構(5) と、前記ピストン及びフッ素樹脂
   シール部材(10)により区画された圧力室(9) を外部に連
   通させる流体連通部(7) とを含み構成されたことを特徴
   とするターボチャージャ・ウェイストゲート用アクチュ
   エータ。
2. 【請求項２】 前記フッ素樹脂シール部材(10)の、開口
   溝部(13)に内部より周方向断面Ｕ字状の金属製環状バネ
   (12)を嵌装して両脚部を開脚方向に付勢したことを特徴
   とする請求項１に記載のターボチャージャ・ウェイスト
   ゲート用アクチュエータ。
3. 【請求項３】 前記フッ素樹脂シール部材(11)は、その
   外周側に周方向に沿って略一定厚みの突条(11b) が一体
   に形成されており、前記外ケース(1A)の端環状部を加締
   めて前記突条(11b) をキャップ(1B)の端縁部とともに挟
   み込み規定位置に固定したことを特徴とする請求項１ま
   たは請求項２に記載のターボチャージャ・ウェイストゲ
   ート用アクチュエータ。