JPH0720348Y2

JPH0720348Y2 - ウエイストゲートアクチュエータ

Info

Publication number: JPH0720348Y2
Application number: JP1987108683U
Authority: JP
Inventors: 公夫根本; 次男植村
Original assignee: Aisan Industry Co Ltd
Current assignee: Aisan Industry Co Ltd
Priority date: 1987-07-15
Filing date: 1987-07-15
Publication date: 1995-05-15
Anticipated expiration: 2002-07-15
Also published as: JPS6413234U

Description

【考案の詳細な説明】〔産業上の利用分野〕本考案は，ターボ過給機の過給圧制御弁（ウェイストゲ
ート弁）を駆動するためのウエイストゲートアクチュエ
ータに関し，更に詳しくはダイアフラムの振動に対する
耐久性を向上させた上記アクチュエータの構造に関す
る。

〔従来技術〕

ターボ過給機のウェイストゲート弁を駆動するためのウ
エイストゲートアクチュエータ（以下，単にアクチュエ
ータとも称する）は，第１図に示すごとくケース１内を
正圧室Ａと大気室Ｂに区切るダイアフラム２を有し，ま
た該ダイアフラム２には上記両室A,B側に第１シェル3,
第２シェル４を固着すると共に大気室Ｂから外部へ伸長
させたロッド５を固着してなる。

また，大気室においては，第２シェル４とケース１との
間に，ダイアフラム２をロッド側とは反対側の上方に付
勢するスプリング61が配設されてる。

そして，上記正圧室Ａ側を加圧することによりダイアフ
ラム２を介して，ロッド５を応動させることにより，上
記ウェイストゲート弁を駆動させる。

このアクチュエータはそのロッド５の先端を上記ウェイ
ストゲート弁と連結させて，ターボ過給機に装着して，
使用に供する。上記シェル及びロッドは，従来比重の大
きい鋼板，炭素鋼で製作されている。

ところで，アクチュエータ本体とロッドとは異なる位置
で指示されているため，その使用中においてターボ過給
機等から伝播する振動によって生ずる上記両者における
振動は，その位相と振幅が異なる。そのため，ロッドを
中心部に固着しているダイアフラムは，振動方向と直角
方向の面で，その両側から挟持している第１シェル及び
第２シェルと摩擦を生ずるような振幅差を生ずることが
ある。

そして，両シェルとダイアフラムとの摩擦によってダイ
アフラムが摩耗し，遂には破損に至るおそれもある。

そこで，従来はロッドとウェイストゲート弁との間にガ
イドブッシュを設けてダイアフラム系の振動を強制的に
抑制する手段が提案されている（実開昭59−92203号公
報）。また，ダイアフラムとシェルとの摩耗を防止する
ためシェルにテフロン等の低摩擦材をコーティングする
手段も提案されている（実開昭58−30072号公報）。

〔解決すべき問題点〕

しかしながら，これらの手段はいずれも部品が増加して
コストアップとなったり，また摩耗速度を遅らせる程度
のことにすぎず，第１シェルと第２シェルとの間に挟持
されたダイアフラム自体の損傷に対する根本的な解決手
段になっていない。

また，ダイアフラムは，第１シェル及び第２シェルによ
り挟持され，ロッドと共にかしめ固定されている（実施
例1,図１参照）。そのため，これらは比較的強く固定さ
れた状態にある。それ故，鋼板，炭素鋼を用いた従来の
シェルにおいては，シェルとダイアフラムとの間の摩擦
力が大きく，ダイアフラムの摩耗，損傷が大きい。

特に長期間の使用中には，上記鉄系材料は錆を発生し，
シェルとダイアフラムとの間の摩擦が促進される。

本考案は，かかる問題に対処すべく鋭意研究を重ね，ダ
イアフラムに固着したロッド及びシェルからなるダイア
フラム系物体の固有振動数に着眼すると共に，シェルの
材料についても着眼したものである。

即ち，本考案は，シェルダイアフラムとの摩擦によって
生ずるダイアフラムの摩耗，損傷を防止し，ダイアフラ
ムの耐久性を向上させることができるウエイストゲート
アクチュエータを提供しようとするものである。

〔問題点の解決手段〕

本考案は，ケースと，該ケース内を正圧室と大気室に区
切るべく配設したゴム製のダイアフラムと，該ダイアフ
ラムを挟持するように上記正圧室側に設けた第１シェル
と，大気室側とに設けた第２シェルと，上記ダイアフラム及び両シェルに一端をかしめ固定する
と共に大気室から外部へ伸長させたロッドと，大気室において第２シェルとケースとの間に介設され
て，上記ダイアフラムをロッド側とは反対側の上方に付
勢するスプリングとよりなり，また，上記ダイアフラムに配設したシェル及びロッドか
らなるダイアフラム系物体の固有振動数は内燃機関のエ
ンジン使用回転域の爆発１次周波数よりも高域側にあ
り，かつ，上記第１シェル及び第２シェルはアルミニウム合
金により作製されていることを特徴とする内燃機関の過
給圧制御用ウエイストゲートアクチュエータにある。

本考案においてエンジン使用回転域とは，エンジンのア
イドリング状態におけるエンジン回転数から車輌として
使用し得る最高エンジン回転数までの範囲をいう。ま
た，該回転域の爆発１次周波数とはエンジンの爆発工程
に伴って発生する振動の１次成分の周波数をいう。

本考案者らは，前記のごときダイアフラムの損傷に関し
て，その振動機構を中心に種々の検討を行い，上記ダイ
アフラム系物体の固有振動数と上記爆発１次周波数との
関係を究明した。そして，前者が後者の周波数範囲内に
あるとき共振現象が発生し，それがシェルとダイアフラ
ムとの間の摩擦を増大させ，ダイアフラムの損傷に大き
な影響を与えることを解明した。

そこで，この共振現象を防止すべく，更に検討を重ね，
固有振動数を爆発１次周波数よりも高域側とすることを
考え，ダイアフラム系物体を軽量化することに到達した
ものである。

そして，このようにダイアフラム系の質量を軽くする手
段としては，シェル（特記しない限り，第１シェル及び
第２シェルの両者をいう）をアルミニウム合金により構
成することが最適である。また，アルミニウム合金は，
後述のごとく，シェルとダイアフラムとの摩擦を減少さ
せ，ダイアフラムの摩耗，損傷の低下に大きな効果を発
揮する。

また，本考案においては，ロッドをアルミニウム合金，
マグネシウム合金などの軽量合金で構成することもでき
る。また，シェル或いはロッドに，その強度に悪影響を
及ぼさない程度に空孔を設け，いわゆる肉盗みを行うこ
と（第2,第３図），更にはロッドを中空材とすることも
できる。勿論，軽量合金を用い，かつ上記肉盗みを行っ
たり，中空材とすることもできる。

〔作用及び効果〕

本考案においては，ダイアフラム系物体の固有振動数を
前記爆発１次周波数よりも高域側としている。そのた
め，前記共振現象が生ぜず，後述する第５図に点線で示
すごとく，ダイアフラム部の振幅差が非常に小さくな
る。

したがって，ダイアフラムとシェルとの間の摩擦が非常
に減少し，ダイアフラムの摩耗は非常に小さくなり，そ
の損傷が殆どなくなる。

また，シェルは，アルミニウム合金で作製してある。そ
のため，長期間使用中においても，シェルが従来の鉄系
材料のように錆を発生するということがない。そのた
め，従来のごとく錆発生による上記摩擦の促進というこ
ともない。

更に特筆すべきことは，シェルはアルミニウム合金であ
るため，ゴム製のダイアフラムと良くなじんでダイアフ
ラムを傷つけないということである。

即ち，前記のごとく，ダイアフラムは，第１シェル及び
第２シェルによってその両側より挟持されるが，上記両
シェルはアルミニウム合金であるため，従来の鋼製シェ
ルに比して比較的柔らかい。

そのため，前記のごとく，両シェル，ダイアフラム及び
ロッドをかしめ固定した場合，シェルは，ダイアフラム
に良くなじんで，強くダイアフラムに食い込むことがな
い。そのため，ダイアフラムに傷が付かない。

また，なじみが良いので，振動時にもシェルとダイアフ
ラムの摩擦が少なく，ダイアフラムの摩耗，損傷もな
い。

なお，シェルを軽量化するという目的のみからすれば，
合成樹脂を用いることも考えられる（実開昭59−21035
号公報，実開昭59−21036号公報参照）。しかしなが
ら，上記合成樹脂を用いた場合には，シェルに反りが発
生し，ロッドとのかしめ部から遠ざかるにつれて，ダイ
アフラムとの間にギャップが発生するという問題があ
る。

これは，合成樹脂を成形する場合の歪や，ロッドにかし
め固定する場合の歪によるものであり，剛性の不足に起
因すると考えられる。このような反りの発生はダイアフ
ラムの摩耗を速めて，ついには破損をもたらすという問
題がある。

一方、この反りを避けるために合成樹脂板を厚くすれ
ば，使用環境中において経年的にクリープが発生し，シ
ェルの保持部が緩むという問題がある。従って，アルミ
ニウム合金による軽量化が最適である。

上記のように，本考案によれば，シェルとダイアフラム
との摩擦によって生ずるダイアフラムの摩耗，損傷を防
止し，ダイアフラムの耐久性を向上させることができる
ウエイストゲートアクチュエータを提供することができ
る。

〔実施例〕第１実施例本例にかかるウエイストゲートアクチュエータを，第１
図及び第５図により説明する。

本例のアクチュエータは，第１図に示すごとく，ケース
１と該ケース１内を正圧室Ａと大気室Ｂとに区分するゴ
ム製のダイアフラム２と，該ダイアフラム２を挟持する
ように，その上側（正圧室）に設けた第１シェル３及び
下側（大気室）に設けたシェル４と，ダイアフラム２及
び両シェル3,4に上端をかしめ固定すると共に大気室Ｂ
から外部へ伸長させたロッド５とからなる。

また，大気室Ｂにおいては，第２シェル４とケース１と
の間に介設されて，上記ダイアフラム２をロッド側とは
反対側の上方に付勢するスプリング61が配設されてい
る。

そして，ダイアフラム２はその全周縁21をケース１の中
間位置において，固定されている。また，正圧室Ａには
本アクチュエータをコントロールするための制御器に連
通させるノズル10を設ける。なお，符号62はブラケッ
ト,63はシールゴムである。

また，ロッド５は，その上端51が第２シェル4,ダイアフ
ラム2,第１シェル３の中心部の孔を貫通して，第１シェ
ル３の上部において，端部をかしめ付けることにより固
定されている。なお，符号52はウェイストゲート弁に連
結するためのボルト穴である。

そして，本例においては，上記第１シェル３及び第２シ
ェル４を比重約2.7のアルミニウム合金により，またロ
ッド５は炭素鋼により構成した。

次に，本例に関して前記固有振動数と爆発１次周波数及
び共振現象の関係について述べる。

まず，前記のごとく，従来技術として，シェル（第１シ
ェル，第２シェル）は鋼板，ロッドは炭素鋼とする。こ
のとき，シェルの質量W₁は53.5g,ロッドの質量W₂は46g
で総質量Wa＝99.5gである。

ところで，この振動系の周波数は，ダイアフラムの弾性
係数をk,ダイアフラム系の質量をW,ロッドの長さをL,振
動周波数をｆとするとである。ここで，重力加速度g,ダイアフラムの弾性係数
ｋロッド長さＬは一定であるので定数とするとで表すことができる。

そして，上記従来技術の場合の固有振動数f₁を実測で求
めるとf₁＝120Hzであった。

一方エンジン使用域の爆発１次周波数は,140Hzであっ
た。

上記より知られるように，従来技術の場合は固有振動数
が120Hzであり，爆発１次周波数の140Hz内である（第５
図）ため，爆発１次成分との共振現象を生ずることにな
る。

一方，本考案例の場合はシェル３及び４を前記アルミニ
ウム合金とし，ロッド５は炭素鋼としたので，シェルの
質量W₃は18g,ロッドの質量W₄は46gで，総質量Wb＝64gで
ある。そして，このときの固有振動数は上式よりf₂＝14
9.6Hzであり，また実測値も約150Hzであった。

つまり，本例の場合その固有振動数は爆発１次周波数よ
りも高域側にある。

上記従来技術と本考案例に関して，第５図に周波数とダ
イアフラム部の振幅との関係を示した。同図においてE/
G使用域とは，エンジン使用回転域を示す。

同図より知られるごとく，本考案にかかるアルミニウム
合金製シェル（点線）を用いた場合は，爆発１次周波数
より高域側にその固有振動数があるため，ダイアフラム
部の振幅が非常に小さいことが分かる。これに対して，
従来の鋼板製シェル（実線）は爆発１次周波数の範囲内
に固有振動数が入っているので，上記振幅が非常に大き
いことが分かる。

なお，上記において，後述する実施例等の場合にもダイ
アフラム系の総質量をどれだけにすれば良いかは下記の
ようにして算出できる。

即ち，従来技術においてダイアフラム系の総質量がWa,
固有振動数がf₁，本考案における同総質量がWb,固有振
動数がf₂とすると,Wb＜（f₁／f₂）²×Waである。そし
て，上例においてはWa＝99.5g,f₁＝120であるから，f₂
を上記爆発１次周波数の140Hzより高い領域とするには,
Wb＜（120/140）²×99.5＝73gとなる。

したがって，上記従来技術と同形状のシェル，ロッドを
用いる場合には，本考案においては総質量が73g以下で
なければならないことになる。つまり，この例では99.5
−73＝26.5g以上の軽量化を図る必要がある。

上記及び第５図より知られるごとく，本例によれば，ダ
イアフラム系物体の固有振動数が，爆発１次周波数より
も高域側にあるので，ダイアフラム部の振幅差が非常に
小さい。そのため，ダイアフラム２と第１シェル3,第２
シェル４との間の摩擦が非常に小さく，ダイアフラムの
摩耗，損傷が殆どない。

また，第１シェル３及び第２シェル４は，アルミニウム
合金で作製してある。そのため，長期間使用中に，従来
の鋼製シェルのように錆が発生するということがなく，
摩擦の促進もない。

更に，両シェル3,4はアルミニウム合金であるため，前
記のごとく，ゴム製のダイアフラム２と良くなじみ，ダ
イアフラム２を傷つけることがない。

即ち，アルミニウム合金は，硬質の鋼，炭素鋼などの従
来の鉄系材料に比して柔らかい。そのため，ダイアフラ
ム２を両シェル3,4で挟持すると共にこれらをロッド５
によってかしめ固定した場合，第１シェル3,第２シェル
４はダイアフラム２によくなじんで，ダイアフラム２に
強く食い込むことがない。そのため，ダイアフラム２に
傷が付かない。

また，両者間のなじみが良いので，振動時にも第１シェ
ル3,第２シェル４とダイアフラム２との摩擦が少なく，
ダイアフラム２の摩耗，損傷もない。

上記のごとく，本例によれば，上記特定の固有振動領域
としたこと及びアルミニウム合金製シェルにより，シェ
ルとダイアフラムとの摩擦を非常に小さくし，ダイアフ
ラムの耐久性を向上させることができる。

第２実施例本例は，第2,第３図に示すごとく，第１実施例におい
て，上下の第１シェル３及び第２シェル４を肉盗みして
軽量化したものである。同図は第１シェル３の断面及び
平面図を示すものである。この第１シェル３は，従来と
同様に深皿状をなし，底部は半径の約1/2辺りに円形凸
部31を形成したものであり，中心部にはロッド５を固定
するための孔33を有する。

また，上記円形凸部31に沿って，軽量化のために６ケの
円孔32が穿設してある。

本例によれば，上記両シェルに上記円孔32を設けている
ので，第１実施例の場合に比して，両シェルとダイアフ
ラムとのなじみが一層向上する。そのため，ダイアフラ
ムの耐久性が一層向上する。また，第１実施例と同様の
効果を得ることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本考案の第１実施例を示すウエイストゲートア
クチュエータの断面図，第２図，第３図は第２実施例に
示すシェルで，第２図は第３図のＡ−Ａ線に沿う矢視断
面図，第３図は平面図，第４図は第１実施例における周
波数とダイアフラム部の振幅の関係を示す線図である。１……ケース,2……ダイアフラム,3……第１シェル,4…
…第２シェル,5……ロッド,32……円孔，

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献実開昭59−21036（ＪＰ，Ｕ) 実開昭59−21035（ＪＰ，Ｕ) 実開昭61−173737（ＪＰ，Ｕ) 実開昭59−21037（ＪＰ，Ｕ)

Claims

【実用新案登録請求の範囲】

【請求項１】ケースと，該ケース内を正圧室と大気室に
区切るべく配設したゴム製のダイアフラムと，該ダイア
フラムを挟持するように上記正圧室側に設けた第１シェ
ルと，大気室側に設けた第２シェルと，上記ダイアフラム及び両シェルに一端をかしめ固定する
と共に大気室から外部へ伸長させたロッドと，大気室において第２シェルとケースとの間に介設され
て，上記ダイアフラムをロッド側とは反対側の上方に付
勢するスプリングとよりなり，また，上記ダイアフラムに配設したシェル及びロッドか
らなるダイアフラム系物体の固有振動数は内燃機関のエ
ンジン使用回転域の爆発１次周波数よりも高域側にあ
り，かつ，上記第１シェル及び第２シェルはアルミニウム合
金により作製されていることを特徴とする内燃機関の過
給圧制御用ウエイストゲートアクチュエータ。
【請求項２】シェルは，空孔を有していることを特徴と
する実用新案登録請求の範囲第１項に記載のウエイスト
ゲートアクチュエータ。