JP5349696B2 - 電制アクチュエータ - Google Patents

Description

この発明は、ターボチャージャのノズルベーンを開閉駆動させる電制アクチュエータに関する。

エンジンからの排気ガスでタービンを回転させ、タービンと同軸上に設けられたコンプレッサで空気を圧縮してエンジンに供給するターボチャージャにおいて、電制アクチュエータがタービンノズルに装着されたノズルベーンを開閉駆動させて、コンプレッサの過給圧を調整する。

図７は、ターボチャージャの周囲に設置される、従来の電制アクチュエータ１００の構成を示す断面図である。ターボチャージャは、吸気側のコンプレッサハウジング２と排気側のタービンハウジング３とが向かい合わせに配置され、内部に収容されたコンプレッサとタービンが同軸上に設置される。この軸は、コンプレッサハウジング２とタービンハウジング３を繋ぐ軸受けハウジング４内に設置されている。従来の電制アクチュエータ１００は、タービンハウジング３に近い位置にモータ１０１を配置し、コンプレッサハウジング２側にモータ軸１０２とこのモータ軸１０２に連結するピニオンギア１０３および複数のギア１０４，１０５を配置して、モータ１０１の回転駆動力をシャフト１０６へ伝達していた。そして、シャフト１０６の端部をタービンハウジング３側に引き出して、タービンハウジング３内のノズルベーン（不図示）に接続していた。この構成では、エンジンの排気ガスで熱せられるタービンハウジング３からの輻射熱を受けてモータ温度が上昇し、モータ寿命ひいてはアクチュエータ寿命が著しく低下するという問題があった。そのため、モータ１０１のタービンハウジング３に対面する部分をヒートシールド１０７で覆い、モータ１０１を輻射熱から保護する必要があった。

その他にも、電制アクチュエータを熱から保護するために、例えば特許文献１では、電制アクチュエータにおいてエンジンから露出する部位を、エンジンの周囲に設けられる発熱体に対し車幅方向に偏移した位置に配置するようにして、熱気にさらされにくくしていた。

また、例えば特許文献２に係る電制アクチュエータでは、モータの制御基板を収容するユニットカバーと、モータを収容するモータケース部と、ピニオンギアおよび複数の減速ギアからなる歯車減速機構を収容するアクチュエータカバーとをそれぞれ別体で構成し、ユニットカバーおよびアクチュエータをアルミ合金製にして熱から保護していた。

特開２００８−１１５７０２号公報 特開２００４−２５１２０３号公報

しかしながら、特許文献１に係る配置方法では、電制アクチュエータのうちの特に熱の影響を受けやすいモータの配置位置について言及されていないため、モータの配置位置によってはモータ温度が上昇し、寿命が著しく低下する恐れがある。

また、特許文献２では、高温になるタービンハウジングと電制アクチュエータとの位置関係について言及されていないため、電制アクチュエータの配置位置によってはモータ温度が上昇し、寿命が著しく低下する恐れがある。さらに、制御基板、モータ、歯車減速機構をそれぞれ個別のハウジング内に収容して、各ハウジングをネジで締結して一体化する構成のため、構成が複雑かつ部品点数が多く、組み立ての手間がかかるという課題もあった。

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、ターボチャージャからモータへの輻射熱を軽減させると共に、部品を効率的に配置して組み付け性を向上させた電制アクチュエータを提供することを目的とする。

この発明の電制アクチュエータは、タービンハウジングと向かい合う位置に配置されたコンプレッサハウジングに取り付けられる、上方を開放した形状のアクチュエータハウジングと、アクチュエータハウジングに、開放側に向けて突設したモータ支持柱と、ピニオンギアを固定したモータ軸をアクチュエータハウジングの底部側に向けた状態でモータ支持柱に支持されるモータと、モータの上面に配置され、モータ支持柱に固定されるプレートと、プレートの一部を切り起こして形成され、モータをアクチュエータハウジング側へ与圧する爪と、端部がアクチュエータハウジングの底部を貫通して外部へ突出する形状であって、アクチュエータハウジングに回転自在に支持されるシャフトと、モータ軸の回転駆動力をピニオンギアを介して伝達してシャフトを回転させる出力ギアと、一端側がシャフトの端部に接続され、他端側がノズルベーンに接続されて、シャフトの回転に応じてノズルベーンを開閉駆動するレバーと、モータ支持柱をガイドにしてアクチュエータハウジングに取り付けられ、開放部分を覆うカバーとを備えるものである。

この発明によれば、コンプレッサハウジングに取り付けたアクチュエータハウジングの上方開放側にモータを設置することにより、モータをタービンハウジングから離れた位置に配置できるようになってターボチャージャからの輻射熱を軽減させることができると共に、カバー取り付けをモータ支持柱でガイドすることにより組み付け性を向上させた電制アクチュエータを提供することができる。

この発明の実施の形態１に係る電制アクチュエータの構成を示す断面図である。 実施の形態１に係る電制アクチュエータの構成を示す外観斜視図である。 実施の形態１に係る電制アクチュエータの構成を示す外観斜視図である。 実施の形態１に係る電制アクチュエータの、カバー取り付け前の状態を示す斜視図である。 実施の形態１に係る電制アクチュエータの、カバー取り付け前の状態を示す平面図である。 実施の形態１に係る電制アクチュエータを、ターボチャージャに取り付けた構成を示す外観斜視図である。 従来の電制アクチュエータの構成を示す断面図である。

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〜図３に示すように、電制アクチュエータ１は、アルミ合金製のアクチュエータハウジング１０と樹脂製のカバー１１とを複数のネジ１２で締結してなる。アクチュエータハウジング１０の底部側にはレバー１３が設けられ、このレバー１３をノズルベーン（不図示）に接続する。

図４および図５に、カバー１１を取り外した状態の電制アクチュエータ１を示す。図１、図４および図５に示すように、アクチュエータハウジング１０は底面と側周面とからなり、上方は開放されている。このアクチュエータハウジング１０に、モータ支持柱１５，１５を上方の開放側へ向けて突設すると共に、モータ支持柱１５，１５それぞれの左右にモータ支持面１５ａ，１５ａを形成する。そこへモータ１６を挿入して、モータ支持柱１５，１５およびモータ支持面１５ａによりモータ１６を側面から支持する。モータ１６をモータ支持柱１５，１５に挿入した際にアクチュエータハウジング１０の底部を向く面には、モータ軸１７が突出しており、このモータ軸１７にピニオンギア１８を取り付ける。モータ１６の上面には、モータ１６内部のコイルに接続した端子１９，１９を引き出すと共に、回転止め用凸部２０，２０を突設する。なお、モータ支持柱１５を３本以上設けてモータ１６を支持する構成にして、モータ支持面１５ａを省略してもよい。また、モータ支持柱１５，１５とモータ支持面１５ａ，１５ａは、アクチュエータハウジング１０を加工して形成したものである。

モータ１６の上面にプレート２１を配置して、このプレート２１をモータ支持柱１５，１５の先端にネジ止めすることにより、モータ１６をアクチュエータハウジング１０に固定する。このプレート２１には、モータ１６の端子１９，１９を貫通させる穴と、回転止め用凸部２０，２０に係合する回転止め用凹部２２，２２（図示例では穴）とが形成されている。回転止め用凸部２０，２０と回転止め用凹部２２，２２が係合することにより、モータ軸１７がピニオンギア１８を回転させる際にモータ１６本体が回転するのを防止する。なお、モータ１６に回転止め用凸部を形成し、プレート２１に回転止め用凹部を形成してもよい。

さらに、プレート２１の一部を切り起こして、モータ１６の耐振性確保のための与圧を付与する与圧用爪２３を４つ設ける。図示例では与圧用爪２３を４つ形成したが、任意の数でよい。プレート２１の与圧用爪２３がモータ１６をアクチュエータハウジング１０側へ与圧して、車両が振動した場合のモータ１６の振動を防止する。

これに対し、図７に示すような従来の電制アクチュエータ１００は、モータ１０１を固定するプレート１０８とは別に与圧用ワッシャ１０９を設置して、この与圧用ワッシャ１０９がモータ１０１をプレート１０８側へ与圧して、モータ１０１の耐振性を確保していた。従来はプレート１０８と与圧用ワッシャ１０９を別体にしていたところ、本実施の形態１ではプレート２１に回転防止機能（回転止め用凸部２０，２０）と与圧付与機能（与圧用爪２３）を持たせたので、部品点数を削減可能である。また、詳細は後述するが、本実施の形態１の構成であれば与圧用爪２３の配置位置がタービンハウジングから離れた位置になるので温度上昇しにくく、クリープ現象も起こりにくい。よって、クリープ現象による与圧用爪２３の変形を防止でき、長期に渡ってモータ１６の耐振性を維持できる利点もある。

図１、図４および図５に示すように、アクチュエータハウジング１０内には、モータ１６の他、ピニオンギア１８に噛合して回転する円形の中間ギア２４と、中間ギア２４に噛合して回転する扇形の出力ギア２５と、出力ギア２５に連結されて一体的に回転するシャフト２６とが収容される。シャフト２６の一端側は出力ギア２５に連結され、他端側はアクチュエータハウジング１０の底部を貫通して外部へ突出し、レバー１３に接続されている。また、シャフト２６は、アクチュエータハウジング１０に固定されたブッシュ２７およびベアリング２８の両軸受け部により、回転自在に支持されている。なお、図示例ではピニオンギア１８、中間ギア２４、出力ギア２５の３つのギアを用いる構成にしたが、モータ軸１７の回転駆動力をシャフト２６へ伝達できる構成であればどのような構成でもよい。

出力ギア２５の上面側には、出力ギア２５ごとシャフト２６を所定方向に常時付勢するスプリング２９を組み付ける。組み付けの際には、スプリング２９の一端３０を出力ギア２５に形成された把持部３１に係止し、スプリング２９を回転させて初トルク（即ち、シャフト２６を所定方向に常時付勢する付勢力）を与えながら他端３２をアクチュエータハウジング１０に形成された把持部３３に係止する。スプリング２９を出力ギア２５の上面に組み付けることになるので、作業者の作業性が向上すると共に、設置有無を目視確認することができる。

これに対し、図７に示す従来の電制アクチュエータ１００では、ギア１０５の下面側にスプリング１１０を組み付ける構成であった。組み付けの際には、スプリング１１０の両端をそれぞれ曲げ加工して、曲げ加工した一端をギア１０５の下面側に形成した突起に引っ掛け、ギア１０５とスプリング１１０を共に回転させて初トルクを与えながら、同じく曲げ加工した他端をアクチュエータハウジングに形成した突起に引っ掛ける。スプリング１１０がギア１０５の下面に組み付けることになるので、作業者が目視できず、作業性が悪い。また、初トルクを与える際にスプリング１１０と共にギア１０５も回転させなければならず、組み付け性が悪い。さらに、本実施の形態１のスプリング２９は曲げ加工等せずそのまま把持部３１，３３に組み付け可能であるが、従来はスプリング１１０に曲げ加工等の加工を施す必要があった。

図１、図４および図５に示すように、アクチュエータハウジング１０内にモータ１６、プレート２１、ピニオンギア１８、中間ギア２４、出力ギア２５、シャフト２６、ブッシュ２７、ベアリング２８、スプリング２９といった構成部品を取り付けた後、モータ支持柱１５，１５をガイドにしてカバー１１を挿入し、アクチュエータハウジング１０の開放側を被覆する。カバー１１とアクチュエータハウジング１０とは、複数のネジ１２で締結する。

このカバー１１は、図１に示すようにコネクタ１４、コネクタターミナル３４、モータターミナル３５が一体に成型されてなり、その内側に基板３６が取り付けられる。コネクタターミナル３４と基板３６が電気的に接続され、基板３６とモータターミナル３５も電気的に接続されている。また、基板３６のシャフト２６を向く面にはセンサＩＣ３７が実装され、シャフト２６の上面側であってセンサＩＣ３７の対面位置に取り付けたマグネット３８の磁界の方向を検出して、シャフト２６の回転角度を求める。さらに、カバー１１のアクチュエータハウジング１０との接合面に溝３９を形成してシール部材４０を嵌め込む。

図６は、実施の形態１に係る電制アクチュエータ１を、ターボチャージャに取り付けた状態を示す外観斜視図である。図７と同様、ターボチャージャは向かい合ったコンプレッサハウジング２とタービンハウジング３とを軸受けハウジング４が繋いだ構成である。電制アクチュエータ１のアクチュエータハウジング１０を、コンプレッサハウジング２に取り付ける。取り付け方法は任意とし、例えばコンプレッサハウジング２にリブ５を形成すると共に電制アクチュエータ１にもリブ６を形成し、リブ５，６同士をネジ７，７で締結して固定する。図６に例示したリブ６を底面側から見た構造を図３に示している。リブ６は、アクチュエータハウジング１０を加工して形成した凸形状であり、ネジ７を締結するためのネジ穴を設けてある。

一般に、可変ノズル式のターボチャージャでは、タービンハウジング３に収容されたタービンのノズルにノズルベーンが配設され、ノズルベーンを開位置と閉位置との間で連続的に駆動させるためのリンクプレートが取り付けられている。従って、コンプレッサハウジング２に取り付けた電制アクチュエータ１のレバー１３をリンクプレートに連結し、レバー１３を回転動作させることによりノズルベーンを開閉駆動させる。

エンジンの排気ガスが流通するタービンハウジング３は高温になるので、その輻射熱対策のためにアクチュエータハウジング１０の上方開放側にモータ１６を配置して、タービンハウジング３からモータ１６を構造的に遠ざけることにより、モータ１６の寿命ひいては電制アクチュエータ１の寿命を延命することが可能である。また、熱の影響が少ないことにより、モータ１６の内部部品を耐熱性の低い部品で構成することが可能になる。さらに、図７に示す従来の電制アクチュエータ１００ではモータ１０１を輻射熱から保護するためにヒートシールド１０７を設置したが、本実施の形態１の電制アクチュエータ１では輻射熱の影響が少ないため、ヒートシールドの設置を省略可能である。

次に、電制アクチュエータ１の動作を説明する。
ターボチャージャにおいて、エンジン低回転時には、ノズルベーンを閉じる方向に電制アクチュエータ１のレバー１３を駆動させ、エンジン高回転時には開く方向にレバー１３を駆動させることにより、適切な過給圧を発生させる。不図示の制御装置（例えば、エンジンコントロールユニット）は、エンジン回転数等に応じた制御信号を電制アクチュエータ１へ出力する。

電制アクチュエータ１において、コネクタターミナル３４が外部からエンジン回転数に応じた制御信号を受けると、基板３６を経由してモータターミナル３５からコイルの端子１９へ通電して、モータ１６を制御信号に応じた回転方向に回転駆動させる。モータ１６の回転駆動力でモータ軸１７が回転すると、一体的にピニオンギア１８が回転し、噛合する中間ギア２４および出力ギア２５も回転する。すると、モータ１６の回転駆動力がシャフト２６へ伝達されて、シャフト２６端部に結合したレバー１３が回転してノズルベーンを開方向または閉方向に駆動する。

このとき、スプリング２９が出力ギア２５を付勢しているため、出力ギア２５と一体になったシャフト２６がガタ無く回転できる。また、モータ１６の故障等によりノズルベーンが開閉できない場合には、スプリング２９の付勢力によりシャフト２６が回転してノズルベーンを閉じる方向へ駆動させるので、過給圧が異常に上昇するのを防ぐ。

以上より、実施の形態１に係る電制アクチュエータ１は、タービンハウジング３と向かい合う位置に配置されたコンプレッサハウジング２に取り付けられる、上方を開放した形状のアクチュエータハウジング１０と、アクチュエータハウジング１０に、開放側に向けて突設したモータ支持柱１５と、ピニオンギア１８を固定したモータ軸１７をアクチュエータハウジング１０の底部側に向けた状態でモータ支持柱１５に支持されるモータ１６と、端部がアクチュエータハウジング１０の底部を貫通して外部へ突出する形状であって、アクチュエータハウジング１０に回転自在に支持されるシャフト２６と、モータ軸１７の回転駆動力をピニオンギア１８と中間ギア２４を介して伝達してシャフト２６を回転させる出力ギア２５と、一端側がシャフト２６の端部に接続され、他端側がノズルベーンに接続されて、シャフト２６の回転に応じてノズルベーンを開閉駆動するレバー１３と、モータ支持柱１５をガイドにしてアクチュエータハウジング１０に取り付けられ、開放部分を覆うカバー１１とを備えるように構成した。このため、アクチュエータハウジング１０の上方開放側にモータ１６を設置することによって、モータ１６をタービンハウジング３から離れた位置に配置できるようになりタービンハウジング３からの輻射熱を軽減させることができる。また、カバー１１取り付け時に、カバー１１の挿入をモータ支持柱１５でガイドすることにより組み付け性を向上させることができる。

また、実施の形態１によれば、モータ１６の上面に配置され、モータ支持柱１５に固定されるプレート２１と、プレート２１の一部を切り起こして形成され、モータ１６をアクチュエータハウジング１０側へ与圧する与圧用爪２３とを備えるように構成したので、部品点数を削減することができる。

また、実施の形態１によれば、出力ギア２５の上面に組み付き、出力ギア２５を付勢してシャフト２６を回転させるスプリング２９を備えるように構成したので、スプリング２９の組み付け性を向上させることができる。

以上のように、この発明に係る電制アクチュエータは、タービンハウジングからの輻射熱を軽減するようにしたので、可変ノズル式のターボチャージャなどに用いるのに適している。

Claims (2)

1. ターボチャージャのタービンハウジング内に設けられたノズルベーンを開閉駆動させる電制アクチュエータにおいて、
   前記タービンハウジングと向かい合う位置に配置されたコンプレッサハウジングに取り付けられる、上方を開放した形状のアクチュエータハウジングと、
   前記アクチュエータハウジングに、開放側に向けて突設したモータ支持柱と、
   ピニオンギアを固定したモータ軸を前記アクチュエータハウジングの底部側に向けた状態で前記モータ支持柱に支持されるモータと、
   前記モータの上面に配置され、前記モータ支持柱に固定されるプレートと、
   前記プレートの一部を切り起こして形成され、前記モータを前記アクチュエータハウジング側へ与圧する爪と、
   端部が前記アクチュエータハウジングの底部を貫通して外部へ突出する形状であって、前記アクチュエータハウジングに回転自在に支持されるシャフトと、
   前記モータ軸の回転駆動力を前記ピニオンギアを介して伝達して前記シャフトを回転させる出力ギアと、
   一端側が前記シャフトの端部に接続され、他端側が前記ノズルベーンに接続されて、前記シャフトの回転に応じて前記ノズルベーンを開閉駆動するレバーと、
   前記モータ支持柱をガイドにして前記アクチュエータハウジングに取り付けられ、開放部分を覆うカバーとを備えることを特徴とする電制アクチュエータ。
2. 前記出力ギアの上面に組み付き、前記出力ギアを付勢して前記シャフトを回転させるスプリングを備えることを特徴とする請求項１記載の電制アクチュエータ。

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