JPS63289217A - Actuator - Google Patents

Actuator

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JPS63289217A
JPS63289217A JP62122589A JP12258987A JPS63289217A JP S63289217 A JPS63289217 A JP S63289217A JP 62122589 A JP62122589 A JP 62122589A JP 12258987 A JP12258987 A JP 12258987A JP S63289217 A JPS63289217 A JP S63289217A
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pressure
actuator
housing
shaft
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淳 伯耆田
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Abstract

PURPOSE:To optimumly control a turbo-charger at an times by use of an actuator which actuates a passage selector valve for the turbo-charger, by converting the displacement of an operating shaft into a linear or non-linear motion with the use of a cam, and by transmitting the motion to an output shaft for the passage selector valve. CONSTITUTION:A turbo-charger 60 is composed of a compressor section 61 connected to an intake-pipe 61 of an engine 50, a turbine section 62 connected to an exhaust pipe 52 of the engine 50, and a bearing section 63 coupling the former two with each other. Further, the compressor outlet port 67 of the compressor section 61 is connected to the introduction port 8 of an actuator A through an introduction pipe 85. Meanwhile the actustor A has a housing 7 in which the introduction port 8 is formed and in which an operating shaft 6 coupled at one end thereof with a diaphragm 4 is laid. In this arrangement, a rotatable cam 10 is attached to a frame 9 secured to the housing 7. Further, the displacement of the operating shaft 6 is converted into a linear or non-linear motion by means of a cam 10 so as to control the opening degree of a passage selector valve 79.

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明はアクチュエータ、特に流路切換方式のターボチ
ャージャに使用するアクチュエータに関するものである
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION [Field of Industrial Application] The present invention relates to an actuator, and particularly to an actuator used in a flow path switching type turbocharger.

〔従来の技術〕[Conventional technology]

ターボチャージャは、機関に供給する空気圧を所定値に
調整する圧縮機を、機関の排気エネルギーで駆動してい
るので、機関の機械効率を低下させることがなく、また
、装置がコンパクトで搭載時の占有空間が小さくてすむ
ので、車両への利用が増加している。
A turbocharger uses engine exhaust energy to drive a compressor that adjusts the air pressure supplied to the engine to a predetermined value, so it does not reduce the mechanical efficiency of the engine, and is compact and easy to install. Its use in vehicles is increasing because it occupies less space.

第8図に構成を示すのは、前述のようなターボチャージ
ャの流路断面積を変化させる流路切換弁を作動するため
に従来使用されているアクチュエータで米国特許433
9922号明細書等に示されたものであり、筐体7の一
端に機関に供給される所定圧の空気が分岐されて導入す
る導入口8が設けられている。また、筐体7の他端には
挿通孔7aが形成され、この挿通孔7aから一端を出入
自在にして、作動軸6が筺体7に取り付けられている。
The structure of FIG. 8 is shown in US Pat.
No. 9922, etc., and an inlet 8 is provided at one end of the casing 7 through which air at a predetermined pressure to be supplied to the engine is branched and introduced. Further, an insertion hole 7a is formed at the other end of the casing 7, and the operating shaft 6 is attached to the casing 7 with one end freely moving in and out of the insertion hole 7a.

この作動軸6の他端は、筺体7内で互いに重ね合せて配
設されているプレート部材5a、5b及び5Cに固定さ
れ、これらのプレート部材によって外縁部が筐体7に固
定されている可撓性のダイヤフラム4の中心部分の板面
が挟持されている。
The other end of this actuating shaft 6 is fixed to plate members 5a, 5b, and 5C that are arranged one on top of the other in the housing 7, and the outer edge portion is fixed to the housing 7 by these plate members. The plate surface of the central portion of the flexible diaphragm 4 is clamped.

前述の挿通孔7a側に位置するプレート部材5Cと、筺
体7の他端内面間にばね部材2が配設されている。この
ばね部材2は、プレート部材5a。
A spring member 2 is disposed between the plate member 5C located on the side of the insertion hole 7a described above and the inner surface of the other end of the housing 7. This spring member 2 is a plate member 5a.

5b及び5Cに挟持されたダイヤフラム4を、筺体7の
導入口8が形成されている一端側に偏倚している。
The diaphragm 4 held between 5b and 5C is biased toward one end of the housing 7 where the inlet 8 is formed.

そして、筐体7はダイヤフラム4によって導入口8側の
圧力室lと、挿通孔7a側の大気圧室3とに区分されて
いる。
The housing 7 is divided by the diaphragm 4 into a pressure chamber l on the inlet 8 side and an atmospheric pressure chamber 3 on the insertion hole 7a side.

また、図示していないが導入口8はターボチャージャの
圧縮機の出口に接続され、作動軸6の一端はターボチャ
ージャの流路断面積を変化させる流路切換弁に連結され
ている。
Although not shown, the inlet 8 is connected to the outlet of the compressor of the turbocharger, and one end of the operating shaft 6 is connected to a flow path switching valve that changes the cross-sectional area of the flow path of the turbocharger.

このようにして、ターボチャージャの圧縮機の出口の空
気圧が増大すると、圧力室lの圧力が高まるためにばね
部材2の偏倚力に抗してダイヤフラム4が挿通孔7a方
向に移動し、この移動によって作動軸6の一端に連結さ
れている流路切換弁が開方向に制御されるよ1うになっ
ている。
In this way, when the air pressure at the outlet of the compressor of the turbocharger increases, the pressure in the pressure chamber 1 increases, so the diaphragm 4 moves in the direction of the insertion hole 7a against the biasing force of the spring member 2, and this movement The flow path switching valve connected to one end of the operating shaft 6 is controlled in the opening direction by this.

なお、前述のばね部材2としてはばね部材に対する印加
圧力Pと変位Xとの関係を示す第7図で20に示すよう
に、印加圧力Pに対して変位Xが直線的に変化する直線
特性のものや、第9図に断面を示すように、ばね材30
の線径を軸心方向で変化させた構成として、第7図で2
1に示すように印加圧力Pに対して変位Xが非直線的に
変化する非直線特性のものを使用することが出来る。
The spring member 2 described above has a linear characteristic in which the displacement X changes linearly with respect to the applied pressure P, as shown in 20 in FIG. As shown in the cross section of FIG. 9, the spring material 30
In Fig. 7, the wire diameter of 2 is changed in the axial direction.
As shown in Fig. 1, it is possible to use one with non-linear characteristics in which the displacement X changes non-linearly with respect to the applied pressure P.

第8図においてばね部材2のばね定数kが一定であると
し、ばね部材2を自由長からX、たけ圧縮してセットし
た時のダイヤフラム4に加えられるばねの力F、は次式
で与えられる。
In Fig. 8, assuming that the spring constant k of the spring member 2 is constant, the spring force F applied to the diaphragm 4 when the spring member 2 is compressed by X from its free length and set is given by the following equation. .

F、冨−に−x、          −・・・−(1
)作動軸6の軸心に沿って圧力室1から大気圧室3に向
かう方向の力を正とし、圧力室1内の圧力をP、圧力P
の印加されるダイヤフラム4の有効面積をAとし、ダイ
ヤフラム4に加えられる力F。
F, to -x, -...-(1
) The force in the direction from the pressure chamber 1 toward the atmospheric pressure chamber 3 along the axis of the operating shaft 6 is positive, and the pressure inside the pressure chamber 1 is P, and the pressure P
The effective area of the diaphragm 4 to which the force is applied is A, and the force F applied to the diaphragm 4.

は次式で与えられる。is given by the following equation.

F、=P−A           −・−・・・(2
)この時のダイヤフラム4の変位をXとすれば、フック
の法則により次式が得られる。
F, =P-A −・−・(2
) If the displacement of the diaphragm 4 at this time is X, then the following equation can be obtained according to Hooke's law.

P−A−に−x・     −・−・(3)(3)式に
おいて、P−A≦k −x、であると、ばね部材2の偏
倚力によって、ダイヤフラム′4、プレート部材5a、
5b、5c及び作動軸6が導入口8方向に移動し、プレ
ート部材5bが筐体7の内面と対接した位置にある。
-x.
5b, 5c and the actuating shaft 6 move in the direction of the introduction port 8, and the plate member 5b is in a position where it is in contact with the inner surface of the casing 7.

この位置を変位X=Oとして、印加圧力Pと変位Xとの
関係を示すと、前述したように第7図の特性直線20が
得られる。
Assuming that this position is the displacement X=O, and the relationship between the applied pressure P and the displacement X is shown, the characteristic straight line 20 shown in FIG. 7 is obtained as described above.

また、前述した第9図に示すような非直線特性ばねをば
ね部材2に使用する場合には、ばね部材2を圧縮して行
くと、ばね歪が増加するに従ってばね定数が増加するの
で、印加圧力Pと変位Xとの間には、第7図の曲線21
に示されるような関係が得られる。
Furthermore, when using a non-linear characteristic spring as shown in FIG. Between the pressure P and the displacement X, there is a curve 21 in FIG.
The relationship shown in is obtained.

−iに、ターボチャージャのタービンケーシングのスク
ロール流路断面積を大にすると、機関速度に対する過給
圧は第4図に示すこれら間の特性図で曲線90に示すよ
うな特性となり、機関速度に対するトルクは第4図で曲
線91に示すような特性となって、低速時のトルクが小
さく且つ過給圧の加速応答が充分でない。
-i, when the cross-sectional area of the scroll passage in the turbine casing of the turbocharger is increased, the supercharging pressure with respect to the engine speed becomes a characteristic as shown by curve 90 in the characteristic diagram between them shown in FIG. The torque has a characteristic as shown by curve 91 in FIG. 4, and the torque at low speeds is small and the acceleration response of the boost pressure is insufficient.

また、ターボチャージャのタービンケーシングのスクロ
ール流路断面積を小にすると、機関速度に対する過給圧
は第4図で曲線92に示すような特性となり、機関速度
に対するトルクは第4図で曲線93に示すような特性と
なって、低速時のトルクは改善されるが、高速時にター
ビン入口圧力が異常上昇するために排気効率が低下する
ためにトルクが低下する。
Furthermore, if the cross-sectional area of the scroll passage in the turbine casing of the turbocharger is made small, the boost pressure with respect to engine speed will have a characteristic as shown in curve 92 in Figure 4, and the torque with respect to engine speed will have a characteristic as shown in curve 93 in Figure 4. As a result, the torque at low speeds is improved, but at high speeds, the turbine inlet pressure increases abnormally, reducing exhaust efficiency and reducing torque.

一方、流路切換弁全開時の流れ損失を小にするには、流
路切換弁が取り付けられる弁座の流路断面積を他部分の
流路断面積に近づけるように、大きくすることが必要で
ある。
On the other hand, in order to reduce the flow loss when the flow path switching valve is fully open, it is necessary to increase the flow path cross-sectional area of the valve seat where the flow path switching valve is installed so that it approaches the flow path cross-sectional area of other parts. It is.

しかし、弁座の流路断面積を大きくすると、低速域から
高速域にわたっての過給圧を制御する弁開度範囲が狭く
てよく、高速域でも流路切換弁が全開とされない状態と
なって、排気抵抗が生じ出力低下の原因となることがあ
る。
However, if the cross-sectional area of the flow path of the valve seat is increased, the valve opening range that controls the boost pressure from low speed range to high speed range will be narrower, and the flow path switching valve will not be fully open even in the high speed range. , exhaust resistance may occur and cause a decrease in output.

また、弁座の流路断面積を他部分の流路断面積に比して
、余り小さくするとこの流路断面積部分が絞りとなって
、流れ損失が発生するためにタービンの性能が低下する
Additionally, if the cross-sectional area of the valve seat is too small compared to the cross-sectional area of other parts, this cross-sectional area of the flow path becomes a restriction, causing flow loss and reducing turbine performance. .

しかし、タービンケーシングのスクロール流路断面積或
いはタービン出口の流路断面積を、弁座の流路断面積に
合せて小さくすると、最大タービン流量が減少して可変
範囲も狭くなる。
However, if the scroll passage cross-sectional area of the turbine casing or the passage cross-sectional area of the turbine outlet is made smaller in accordance with the passage cross-sectional area of the valve seat, the maximum turbine flow rate decreases and the variable range also becomes narrower.

これらのことから、流路切換弁が取り付けられる弁座の
流路断面積を可能な限り大にし、且つ流路切換弁の駆動
に際して、同一の駆動量に対して機関の高速域側で低速
域側よりも流路切換弁の開度速度が大になるように流路
切換弁を制御することが必要となる。
For these reasons, the cross-sectional area of the flow path of the valve seat to which the flow path switching valve is attached is made as large as possible, and when driving the flow path switching valve, for the same amount of drive, the high speed side of the engine is set to the low speed side of the engine. It is necessary to control the flow path switching valve so that the opening speed of the flow path switching valve is higher than that of the flow path switching valve.

この制御は、前述した第7図の印加圧力Pに対する変位
Xの特性が、曲線22に示されるような制御となるが、
前述した非直線特性ばねを使用しても、この特性の制御
は行なうことが出来ない。
This control is such that the characteristic of displacement X with respect to applied pressure P in FIG. 7 described above is shown by curve 22.
Even if the non-linear characteristic spring described above is used, this characteristic cannot be controlled.

そこで、第7図の曲vA22に示すような特性、即ち印
加圧力Pに対する変位Xの変化率dx/dpが増加する
制御特性を得るために、第8図の作動軸6にパルプを組
付けた機械制御方式のアクチュエータや、電子回路を組
込んで所望の制御を行なわせる電子制御方式のアクチュ
エータが提案されている。
Therefore, in order to obtain the characteristic shown in curve vA22 of FIG. 7, that is, the control characteristic in which the rate of change dx/dp of the displacement X with respect to the applied pressure P increases, pulp was assembled on the operating shaft 6 of FIG. Mechanically controlled actuators and electronically controlled actuators that incorporate electronic circuits to perform desired control have been proposed.

〔発明が解決しようとする問題点〕[Problem that the invention seeks to solve]

前述した機械制御方式のアクチュエータは、部品点数が
多く構造が複雑となって大型化し、その製造コストも増
大するという難点がある。
The above-mentioned mechanically controlled actuator has the disadvantage that it has a large number of parts, has a complicated structure, is large in size, and increases its manufacturing cost.

また、前述した電子制御方式のアクチュエータは、エン
ジンルーム内に配置されて−40”C乃至200°Cと
いう広温度範囲下で且つ、常に振動状態に置かれるとい
う過酷な雰囲気での使用に対して、特性の変動を生じる
ことがあり信頼性の面で充分でない。
In addition, the electronically controlled actuator mentioned above cannot be used in a harsh environment where it is placed in the engine room and is exposed to a wide temperature range of -40"C to 200°C and is constantly in a state of vibration. , it may cause variations in characteristics and is not reliable in terms of reliability.

本発明は、前述したようなこの種のアクチュエータの現
状に鑑みてなされたものであり、その目的は部品点数が
少なく構造が簡単で小型化が実現され、耐熱性と耐震性
にも優れ、変位の正の変化率特性を有するアクチュエー
タを提供することにある。
The present invention was made in view of the current state of this type of actuator as described above, and its purpose is to realize a compact structure with a small number of parts, a simple structure, excellent heat resistance and earthquake resistance, and a displacement An object of the present invention is to provide an actuator having a positive rate of change characteristic.

〔問題点を解決するための手段〕[Means for solving problems]

前述の目的を達成するために、本発明では機関の排気エ
ネルギーで駆動され、所定圧の空気を前記機関に供給す
るターボチャージャの流路切換弁を作動させて流路断面
積を変化するアクチュエータにおいて、筐体と、該筐体
の一端に設けられ、前記所定圧の空気が流入する導入口
と、該導入口に連続して前記筐体内に形成される圧力室
と、一端を前記筐体の他端から出入自在にして前記筐体
に取り付けられる作動軸と、前記筐体内において前記作
動軸の他端が固定され、前記筐体内を前記圧力室と大気
圧室とに区分する可撓性のダイヤフラムと、該ダイヤフ
ラムを前記導入口側に偏倚するばね部材と、前記筐体に
対して移動自在に取付けられ、前記作動軸の一端が連結
される非直線性位置設定体と、該非直線性位置設定体に
対して圧接配設され、前記作動軸の移動に対応して移動
する出力軸とを有する構成となっていZ。
In order to achieve the above object, the present invention provides an actuator that is driven by the exhaust energy of an engine and changes the cross-sectional area of the flow path by operating a flow path switching valve of a turbocharger that supplies air at a predetermined pressure to the engine. , a casing, an inlet provided at one end of the casing into which air of the predetermined pressure flows, a pressure chamber formed within the casing in continuation with the inlet; an actuating shaft that is attached to the housing so as to be able to move in and out from the other end; and a flexible actuating shaft that has the other end fixed within the housing and that divides the interior of the housing into the pressure chamber and the atmospheric pressure chamber. a diaphragm, a spring member that biases the diaphragm toward the inlet port, a non-linear positioning body movably attached to the housing and connected to one end of the operating shaft, and the non-linear positioning body. Z is configured to have an output shaft that is disposed in pressure contact with the setting body and moves in response to movement of the operating shaft.

〔作用〕[Effect]

本発明では、機関に供給される空気の圧力が増加すると
、圧力室の圧力が上昇するのでばね部材の偏倚力に抗し
て可撓性のダイヤフラムが移動し、このダイヤフラムに
固定されている作動軸の一端が、筐体外で直線上を移動
する。
In the present invention, when the pressure of the air supplied to the engine increases, the pressure in the pressure chamber increases, so the flexible diaphragm moves against the biasing force of the spring member, and the actuator fixed to this diaphragm moves. One end of the shaft moves in a straight line outside the housing.

この作動軸の一端の移動によって、筐体に対して回動自
在に保持されている非直線性位置設定体が移動するので
、この非直線性位置設定体に圧接配設されている出力軸
は、作動軸の変位に対して正の変化率特性を有するよう
に移動する。
As one end of this operating shaft moves, the non-linear position setting body which is rotatably held with respect to the housing moves, so the output shaft that is press-fitted to this non-linear position setting body moves. , moves so as to have a positive rate of change characteristic with respect to the displacement of the operating axis.

このために、出力軸に取り付けられる流路切換弁は、機
関の低速度域よりも高速度域で開度の変化率が増加する
ように制御されるので、最適な機関特性が得られるよう
な制御が行なわれる。
For this reason, the flow path switching valve attached to the output shaft is controlled so that the rate of change in opening is greater in the high speed range of the engine than in the low speed range, so that optimal engine characteristics can be obtained. Control takes place.

〔実施例〕〔Example〕

以下、本発明の実施例を第1図乃至第6図を用いて詳細
に説明する。
Embodiments of the present invention will be described in detail below with reference to FIGS. 1 to 6.

ここで、第1図は本発明の実施例の構成を示す断面図、
第2図は本発明の実施例をターボチャージャに適用した
場合の全体の構成を示す断面図、第3図はターボチャー
ジャの機関速度と作動軸の変位、流路切換弁の開度、過
給圧との関係をそれぞれ示す特性図、第4図はターボチ
ャージャの機関速度と過給圧及びトルクとの関係をそれ
ぞれ示す特性図、第5図はターボチャージャの機関速度
とタービン入口圧力及び軸出力との関係をそれぞれ示す
特性図、第6図は本発明に要求されるばね歪とばね定数
との関係を示す特性図である。
Here, FIG. 1 is a sectional view showing the configuration of an embodiment of the present invention,
Fig. 2 is a sectional view showing the overall configuration when the embodiment of the present invention is applied to a turbocharger, and Fig. 3 shows the engine speed and displacement of the operating shaft of the turbocharger, the opening degree of the flow path switching valve, and supercharging. Figure 4 is a characteristic diagram showing the relationship between turbocharger engine speed, boost pressure and torque, and Figure 5 is a characteristic diagram showing the relationship between turbocharger engine speed, turbocharging pressure and torque, and Figure 5 is a graph showing the relationship between turbocharger engine speed, turbine inlet pressure and shaft output. FIG. 6 is a characteristic diagram showing the relationship between spring strain and spring constant required by the present invention.

第1図に示すように、本発明の実施例ではすでに第8図
を用いて説明したアクチュエータの筐体7の挿通孔7a
の近傍にフレーム9が固定され、このフレーム9に筺体
7に対して回動自在に非直線性位置設定体としてのカム
10が取り付けられている。
As shown in FIG. 1, in the embodiment of the present invention, the insertion hole 7a of the actuator housing 7 already explained using FIG.
A frame 9 is fixed near the frame 9, and a cam 10 as a non-linear position setting body is attached to the frame 9 so as to be rotatable with respect to the housing 7.

このカム10には作動軸6の挿通孔7aからの突出端部
が連結され、作動軸60挿通孔7aに対しての出入移動
によって、カム10は回動軸10aを中心に回動自在な
構成となっている。
The protruding end of the operating shaft 6 from the insertion hole 7a is connected to this cam 10, and the cam 10 is configured to be freely rotatable about the rotation shaft 10a by moving the operating shaft 60 in and out of the insertion hole 7a. It becomes.

前述のフレーム9の延長端部には軸受部11が形成され
、この軸受部11に対して出入自在に出力軸12が軸支
されている。そして、この出力軸12には鍔12aが形
成され、フレーム9の延長端部の板面と鍔12a間にば
ばね13が配され、このばね13の偏倚力によって出力
軸12の一端はカム10に圧接されている。
A bearing portion 11 is formed at the extended end of the frame 9 described above, and an output shaft 12 is pivotally supported by the bearing portion 11 so as to be freely removable and removable. A flange 12a is formed on this output shaft 12, and a spring 13 is disposed between the plate surface of the extended end of the frame 9 and the flange 12a, and the biasing force of the spring 13 causes one end of the output shaft 12 to move toward the cam 10. is pressed against.

このようにして、作動軸6の移動によってカム10が回
動すると、カム10の回動によってカム10と出力軸1
2との圧接位置が、カム10の周面上で変化するので出
力軸12の軸受部11からの突出端が、移動するように
構成されている。
In this way, when the cam 10 rotates due to the movement of the operating shaft 6, the rotation of the cam 10 causes the cam 10 and the output shaft 1 to rotate.
Since the pressure contact position with the output shaft 12 changes on the circumferential surface of the cam 10, the end of the output shaft 12 protruding from the bearing portion 11 is configured to move.

従って、カム10の形状を選択することによって、作動
軸6の移動に伴って出力軸12の軸受部11からの突出
端の移動距離が、作動軸6が圧力室1の圧力により押し
込まれる方向において、正の変化率で変化するように構
成することが出来る。
Therefore, by selecting the shape of the cam 10, the moving distance of the protruding end of the output shaft 12 from the bearing portion 11 as the operating shaft 6 moves can be adjusted in the direction in which the operating shaft 6 is pushed by the pressure of the pressure chamber 1. , can be configured to change at a positive rate of change.

このような構成のアクチュエータが、第2図に示すよう
に、導入口8部分と出力軸12部分で、ターボチャージ
ャ60に対して取り付けられている。
As shown in FIG. 2, the actuator having such a configuration is attached to the turbocharger 60 at the inlet 8 portion and the output shaft 12 portion.

即ち、ターボチャージャ60は機関50の吸気管51に
接続される圧縮機部61と、機関50の排気管52に接
続されるタービン部62と、これらの圧縮機部61とタ
ービン部62とを連結する軸受部63とで構成されてい
る。圧縮機部61では、コンプレッサケーシング64内
に、コンプレッサ翼車65が配され、コンプレッサ入口
66からは空気が取り込まれ、コンプレッサ出口67は
機関50の吸気管51に接続されている。
That is, the turbocharger 60 has a compressor section 61 connected to the intake pipe 51 of the engine 50, a turbine section 62 connected to the exhaust pipe 52 of the engine 50, and connects the compressor section 61 and the turbine section 62. It is composed of a bearing part 63. In the compressor section 61 , a compressor impeller 65 is disposed within a compressor casing 64 , air is taken in from a compressor inlet 66 , and a compressor outlet 67 is connected to the intake pipe 51 of the engine 50 .

また、コンプレッサ出口67に導出管85が連結分岐さ
れ、この導出管85の導出端部はアクチュエータの導入
口8に連結されている。
Further, a lead-out pipe 85 is connected and branched to the compressor outlet 67, and the lead-out end of the lead-out pipe 85 is connected to the inlet 8 of the actuator.

一方、タービン部62では、タービンケーシング68内
にタービン翼車69が配され、このタービン翼車69は
前述のコンプレッサ翼車65と共通の回転軸72を有し
、この回転軸72は軸受部63の軸受73に軸支されて
いる。
On the other hand, in the turbine section 62, a turbine impeller 69 is disposed within the turbine casing 68, and the turbine impeller 69 has a rotating shaft 72 common to the compressor impeller 65, and this rotating shaft 72 is connected to the bearing section 63. It is supported by a bearing 73.

また、タービンケーシング68にはタービン出ロア1が
形成され、さらにタービンケーシング68には第1スク
ロール室74と第2スクロール室75とが形成され、こ
れら第1及び第2のスクロール室74及び75は、隔壁
76によって分割され、この隔壁76はタービン入ロア
0の途中まで延長されている。
Further, a turbine output lower 1 is formed in the turbine casing 68, and a first scroll chamber 74 and a second scroll chamber 75 are formed in the turbine casing 68, and these first and second scroll chambers 74 and 75 are , and is divided by a partition wall 76, and this partition wall 76 extends halfway into the turbine-entering lower 0.

そして、このタービン入ロア0は、第1スクロール室7
4に接続される第1排気ガス導入路77と、第2スクロ
ール室75に接続される第2排気ガス導入路78とで構
成され、第2排気ガス導入路78には、流路切換弁79
が排気ガスの流動方向に開放可能に設けられ°ζいる。
This turbine-entering lower 0 is connected to the first scroll chamber 7.
4, and a second exhaust gas introduction path 78 connected to the second scroll chamber 75.
is provided so as to be openable in the flow direction of exhaust gas.

さらに、タービン入口のフランジ80と排気管52のフ
ランジ81に、ボルト締めで弁座82が挟持され、この
弁座82に開口82aが形成されて弁座82の流路断面
積が設定されている。
Further, a valve seat 82 is held between a flange 80 at the turbine inlet and a flange 81 of the exhaust pipe 52 by bolts, and an opening 82a is formed in the valve seat 82 to set a flow passage cross-sectional area of the valve seat 82. .

前述の流路切換弁79の弁軸83に腕体84の一端が連
結され、腕体84の他端は出力軸12の軸受部11から
の突出端部に連結されている。
One end of the arm body 84 is connected to the valve shaft 83 of the aforementioned flow path switching valve 79, and the other end of the arm body 84 is connected to the end portion of the output shaft 12 projecting from the bearing portion 11.

このような構成の本発明の実施例について、その動作を
次に説明する。
The operation of the embodiment of the present invention having such a configuration will be described below.

第3図乃至第5図において、機関50の速度がN m 
i n〜N、の低速度域では、コンプレッサ出口67の
圧力は低いのでアクチュエータは作動せず、流路切換弁
79は閉じている。この時、排気管52からの排気ガス
は第1排気ガス導入路77を通って、タービン翼車69
を駆動しタービン出ロア1から放出される。
3 to 5, the speed of the engine 50 is N m
In the low speed range from in to N, the pressure at the compressor outlet 67 is low, so the actuator does not operate and the flow path switching valve 79 is closed. At this time, the exhaust gas from the exhaust pipe 52 passes through the first exhaust gas introduction path 77 and passes through the turbine wheel 69.
is discharged from the turbine output lower 1.

この状態では過給圧は、第4図のすでに説明したタービ
ンケーシングのスクロール流路断面積が小さい場合の曲
線92に従って変化するので、その応答性のよい過給圧
特性が得られる。この場合に得られるトルクも、同様に
して第4図の曲線93に従った特性が得られる。
In this state, the supercharging pressure changes according to the curve 92 shown in FIG. 4, which corresponds to the case where the cross-sectional area of the scroll passage of the turbine casing is small, so that a highly responsive supercharging pressure characteristic can be obtained. The torque obtained in this case also has a characteristic according to the curve 93 in FIG. 4 in the same manner.

機関50の速度がN1を越えると、導入口8の圧力が高
くなり圧力室lの内圧がばね部材2の偏倚力よりも大き
くなるので、作動軸6が押し込まれてカム10が回動軸
10aを中心にして回動を開始する。
When the speed of the engine 50 exceeds N1, the pressure in the inlet 8 increases and the internal pressure in the pressure chamber 1 becomes greater than the biasing force of the spring member 2, so the operating shaft 6 is pushed in and the cam 10 moves toward the rotation shaft 10a. Start rotating around the center.

そして、機関速度がNi〜N、の領域ではカム10を介
して作動軸6の変位が、出力軸12に直線変換されるの
で第3図に示すように、流路切換弁79の開度は機関5
0の速度の増加に対して直線的に増大する。また、この
領域では第5図に示すように、機関50の速度が増加す
るとタービン入口圧力及び軸出力は、直線的に増大する
When the engine speed is in the range of Ni to N, the displacement of the operating shaft 6 is linearly converted to the output shaft 12 via the cam 10, so as shown in FIG. Engine 5
It increases linearly with an increase in velocity of 0. Further, in this region, as shown in FIG. 5, as the speed of the engine 50 increases, the turbine inlet pressure and shaft output increase linearly.

さらに、機関速度がN11lを越えると、カム10の回
動に伴って出力軸12は非直線的に変位し、ばね歪に対
するばね定数が第6図に示すような特性を示すように、
流路切換弁79の開度が作動軸6の変位の正の変化率に
比例して制御される。
Furthermore, when the engine speed exceeds N11l, the output shaft 12 is displaced non-linearly as the cam 10 rotates, and the spring constant with respect to spring strain exhibits the characteristics shown in FIG.
The opening degree of the flow path switching valve 79 is controlled in proportion to the positive rate of change in the displacement of the operating shaft 6.

従って第3図の曲線105に示すように流路切換弁79
の開度が制御され、機関速度N、〜N□、では過給圧が
低下する。同様にして第5図に示すように、機関速度N
、〜N a a xにおいてタービン入口圧力が低下す
る。
Therefore, as shown by curve 105 in FIG.
The opening degree of is controlled, and the supercharging pressure decreases at engine speeds N, to N□. Similarly, as shown in FIG.
, ~Na a x , the turbine inlet pressure decreases.

この場合、タービン入口圧力が低下することにより排気
効率が改善されるために、過給圧の低下があるにもかか
わらず軸出力は第5図の曲線108に示すように、従来
の場合に比して増大する。
In this case, since the exhaust efficiency is improved by reducing the turbine inlet pressure, the shaft output is compared to the conventional case, as shown by curve 108 in FIG. 5, despite the reduction in boost pressure. and increase.

このようにして、機関速度N m i n〜N s a
 Xの広速度範囲において、ターボチャージャのタービ
ン入口圧力と軸出力とを最適の状態に保持するように制
御卸することが出来る。
In this way, the engine speed N min ~ N sa
In a wide speed range of X, the turbine inlet pressure and shaft output of the turbocharger can be controlled so as to be maintained in an optimum state.

また、実施例においてはカム10の形状を選択すること
によって、流路切換弁79の開度を機関速度に対して所
望の変化率で変化させることが簡単に出来る。
Further, in the embodiment, by selecting the shape of the cam 10, the opening degree of the flow path switching valve 79 can be easily changed at a desired rate of change with respect to the engine speed.

さらに、部品点数も少なく構造も簡単で小型化が実現さ
れ、車両に搭載して使用するに充分な耐熱性と耐震性と
を有し、動作寿命も延長される。
Furthermore, it has a small number of parts and a simple structure, is compact, has sufficient heat resistance and earthquake resistance to be mounted on a vehicle, and has an extended operating life.

そして、製造コストも大幅に低減されると共に、ターボ
チャージャに対するアクチュエータのマツチングも容易
に行なわれる。
Furthermore, manufacturing costs are significantly reduced, and the actuator can be easily matched to the turbocharger.

〔発明の効果〕〔Effect of the invention〕

本発明によると、広範囲の機関速度に対してターボチャ
ージャの制御を最適の条件で行なうことが可能であり、
また、その制御特性も非直線性位置設定体を選択するこ
とによって目的の制御を容易に高精度で実現することが
出来る。
According to the present invention, it is possible to control the turbocharger under optimal conditions over a wide range of engine speeds,
Furthermore, by selecting a non-linear position setting body, the desired control can be easily achieved with high precision.

部品点数が少なく構造も簡単で小型化が実現され、製造
コストを低減させることが出来ると共に、耐熱性及び耐
震性が優れていて車載用としての過酷な条件にも耐える
ことが出来る。
It has a small number of parts, a simple structure, and is compact, reducing manufacturing costs. It also has excellent heat resistance and earthquake resistance, and can withstand the harsh conditions of in-vehicle use.

【図面の簡単な説明】[Brief explanation of the drawing]

第1図は本発明の実施例の構成を示す断面図、第2図は
本発明の実施例をターボチャージャに適用した場合の全
体の構成を示す断面図、第3図はターボチャージャの機
関速度と作動軸の変位、流路切換弁の開度、過給圧との
関係をそれぞれ示す特性図、第4図はターボチャージャ
の機関速度と過給圧及びトルクとの関係をそれぞれ示す
特性図、第5図はターボチャージャの機関速度とタービ
ン入口圧力及び軸出力との関係をそれぞれ示す特性図、
第6図は本発明に要求されるばね歪とばね定数との関係
を示す特性図、第7図はばね部材の印加圧力と変位との
関係を示す特性図、第8図は従来使用されているアクチ
ュエータの構成を示す断面図、第9図は非直線特性のば
ね部材の構成を示す断面図である。 ■・−一一一一一圧力室、2−−−−−−−ばね部材、
3−・−大気圧室、4−−−−−−ダイヤフラム、5 
a 、  5 b 、  5 c−−−−−−−プレー
ト部材、6・・−・・・作動軸、7・・−・・・−筐体
、8−〜導入口、10−一−−−・−カム、11−・−
・・軸受部、12−・・−・出力軸、13・−・・−・
−ばね、50・・・・一機関、51〜・・・−・・吸気
管、52・−一一一一一排気管、60−・・・・ターボ
チャージャ、61−−−−−−−一圧縮機部、62−・
−・−タービン部、63−−−−−−一軸受部、64−
・−−−−−コンプレッサケーシング、65・・−・・
コンプレッサ翼車、66・・・・・・・コンプレッサ入
口、67−−−−−−・コンプレッサ出口、68−一−
−−・−タービンケーシング、69−・・・・−タービ
ン翼車、70−・−・・・タービン入口、71−・・−
タービン出口、72−・−・回転軸、73−・−軸受、
74−・・・第1スクロール室、75・−・−第2ス、
クロール室、76・−・−・隔壁、77−−−−−−・
第1排気ガス導入路、78−−−−−第2排気ガス導入
路、79−−−−−−・流路切換弁、80・−・−・−
・フランジ、81−・−・フランジ、82−・−・−弁
座、82a・・−・・−・・開口、83・・・・・・−
弁軸、84・−・・・・・腕体、85−・−導出管。 第1図  !・・1宣 2・・  ぼオロ@Yオ才 3・・ 大U宜 第2図 第3図 Nm1n  Nj        Nm   NmQX
彎関遂度N 第4図 Nj           Nmax 徹関違彦N 第5図 Nmjn   Ni       Nm    Nma
x第6図 ↑ ばねρ歪ε 第7図 本 j IE刀P  (kPa) 第8図 第9 改
Fig. 1 is a sectional view showing the configuration of an embodiment of the present invention, Fig. 2 is a sectional view showing the overall structure when the embodiment of the invention is applied to a turbocharger, and Fig. 3 is an engine speed of the turbocharger. FIG. 4 is a characteristic diagram showing the relationship between the displacement of the operating shaft, the opening degree of the flow path switching valve, and supercharging pressure, and FIG. 4 is a characteristic diagram showing the relationship between the engine speed of the turbocharger, supercharging pressure, and torque, respectively. Fig. 5 is a characteristic diagram showing the relationship between the engine speed of the turbocharger, the turbine inlet pressure, and the shaft output, respectively;
FIG. 6 is a characteristic diagram showing the relationship between spring strain and spring constant required for the present invention, FIG. 7 is a characteristic diagram showing the relationship between applied pressure and displacement of the spring member, and FIG. FIG. 9 is a cross-sectional view showing the structure of the actuator shown in FIG. ■・-11111 pressure chamber, 2-------spring member,
3--Atmospheric pressure chamber, 4--Diaphragm, 5
a, 5 b, 5 c------ plate member, 6---- operating shaft, 7---- housing, 8-~inlet, 10-----・-Cam, 11-・-
・・Bearing part, 12-・・・・Output shaft, 13・・・・・・・
- Spring, 50... Engine, 51 - Intake pipe, 52 - 11111 Exhaust pipe, 60 - Turbocharger, 61 ------- 1 Compressor section, 62-・
---Turbine part, 63-----One bearing part, 64-
・---Compressor casing, 65...
Compressor impeller, 66... Compressor inlet, 67-- Compressor outlet, 68-1-
---Turbine casing, 69--Turbine wheel, 70--Turbine inlet, 71--
Turbine outlet, 72--Rotating shaft, 73-- Bearing,
74--First scroll chamber, 75--Second scroll chamber,
Crawl room, 76・---・Bulkhead, 77・------・
First exhaust gas introduction passage, 78---Second exhaust gas introduction passage, 79------・Flow path switching valve, 80・------
・Flange, 81--Flange, 82--Valve seat, 82a--Opening, 83--
Valve shaft, 84-- Arm body, 85-- Leading pipe. Figure 1! ...1 Senn2... Booro @ Y O Sai3... Dai Ui Figure 2 Figure 3 Nm1n Nj Nm NmQX
Nj Nmax Fig. 4 Nj Nmax Fig. 5 Nmjn Ni Nm Nma
x Fig. 6 ↑ Spring ρ strain ε Fig. 7 Book j IE sword P (kPa) Fig. 8 No. 9 revised

Claims (1)

【特許請求の範囲】 1、機関の排気エネルギーで駆動され、所定圧の空気を
前記機関に供給するターボチャージャの流路切換弁を作
動させて流路断面積を変化するアクチュエータにおいて
、筺体と、該筐体の一端に設けられ、前記所定圧の空気
が流入する導入口と、該導入口に連続して前記筐体内に
形成される圧力室と、一端を前記筺体の他端から出入自
在にして前記筐体に取り付けられる作動軸と、前記筐体
内において前記作動軸の他端が固定され、前記筐体内を
前記圧力室と大気圧室とに区分する可撓性のダイヤフラ
ムと、該ダイヤフラムを前記導入口側に偏倚するばね部
材と、前記筐体に対して移動自在に取付けられ、前記作
動軸の一端が連結される非直線性位置設定体と、該非直
線性位置設定体に対して圧接配設され、前記作動軸の移
動に対応して移動する出力軸とを有することを特徴とす
るアクチュエータ。 2、非直線性位置設定体がカムであることを特徴とする
特許請求の範囲第1項記載のアクチュエータ。
[Scope of Claims] 1. An actuator that is driven by exhaust energy of an engine and changes the cross-sectional area of a flow path by operating a flow path switching valve of a turbocharger that supplies air at a predetermined pressure to the engine, the actuator comprising: a housing; an inlet provided at one end of the casing into which air of the predetermined pressure flows; a pressure chamber formed in the casing in succession to the inlet; a flexible diaphragm, the other end of which is fixed within the housing, and which divides the interior of the housing into the pressure chamber and the atmospheric pressure chamber; a spring member biased toward the inlet port; a non-linear positioning body movably attached to the housing and connected to one end of the operating shaft; and pressure-contacted to the non-linear positioning body. An actuator comprising an output shaft that is arranged and moves in response to movement of the actuation shaft. 2. The actuator according to claim 1, wherein the non-linear position setting body is a cam.
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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2013127317A (en) * 2007-06-15 2013-06-27 Fisher Controls Internatl Llc Flow controlled actuator apparatus for use with self-closing stop valve

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* Cited by examiner, † Cited by third party
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