JP2017057814A - Valve train for actuator - Google Patents

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Ryohei Nakamura
亮平 中村
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a valve tain for an actuator of an engine, capable of reducing the power consumption of a driving motor.SOLUTION: The valve train to be used for a waste gate valve 60 includes a driving motor 55 for driving the rotation of a driving gear 70, a valve shaft 65 threaded to the driving gear 70 and adapted to be moved forward and backward in the axial direction by driving the rotation of the driving gear 70, a valve 61 provided in the valve shaft 65 and adapted to be moved from a valve seat 62 to open/close a flow path 82 by moving forward and backward the valve shaft 65, and a spring member for energizing the valve 61 to be opened. The maximum compression load of the spring member is set so that torque applied to the driving motor 55 via the valve shaft 65 and the driving gear 70 by the elastic load of the spring member when compressed to a maximum is lower than the cogging torque of the driving motor 55.SELECTED DRAWING: Figure 4

Description

本発明は、エンジンにおけるアクチュエータの動弁機構の技術に関する。   The present invention relates to a technology for a valve mechanism of an actuator in an engine.

従来、エンジンにおけるウェイストゲートバルブなどのアクチュエータで用いられる動弁機構として、駆動モータによって駆動ギアを回転駆動することで、駆動ギアに螺合されたバルブシャフトを進退させる構成が知られている（例えば、特許文献１を参照）。ウェイストゲートバルブとは、過給機に設けられ、排気ガスの一部を分流させることによりタービンへの排気ガスの流入量を調節するものである。このようなエンジンの動弁機構においては、バルブシャフトを付勢するためにバネが用いられる。   2. Description of the Related Art Conventionally, as a valve operating mechanism used in an actuator such as a waste gate valve in an engine, a configuration is known in which a drive gear is rotated by a drive motor to advance and retract a valve shaft screwed to the drive gear (for example, , See Patent Document 1). The waste gate valve is provided in the supercharger and adjusts the amount of exhaust gas flowing into the turbine by diverting a part of the exhaust gas. In such an engine valve mechanism, a spring is used to bias the valve shaft.

従来技術に係る動弁機構について、図５及び図６を用いて具体的に説明する。図５に示す如く、動弁機構は、駆動モータと、バルブと、バルブ支持部と、バルブシートと、バルブシャフトと、駆動ギアと、バルブケーシングと、バネと、を具備している。上記の動弁機構においては、駆動モータによって駆動ギアが駆動され、駆動ギアが駆動されることによってバルブシャフトが軸方向に進退され、バルブ支持部が搖動されることによって、バルブがバルブシートから移動して流路が開閉される。バネは、バルブケーシングとフランジとの間に介挿され、フランジ及びバルブシャフトを介して、バルブをバルブケーシングに対して開閉方向の開側に向けて（フランジ及びバルブシャフトを押し上げる方向に）付勢している。   The valve mechanism according to the prior art will be specifically described with reference to FIGS. As shown in FIG. 5, the valve mechanism includes a drive motor, a valve, a valve support, a valve seat, a valve shaft, a drive gear, a valve casing, and a spring. In the valve mechanism described above, the drive gear is driven by the drive motor, the valve shaft is advanced and retracted in the axial direction by driving the drive gear, and the valve support portion is swung to move the valve from the valve seat. Thus, the flow path is opened and closed. The spring is inserted between the valve casing and the flange, and biases the valve toward the open side in the opening / closing direction with respect to the valve casing (in the direction of pushing up the flange and the valve shaft) via the flange and the valve shaft. doing.

上記の如く、動弁機構にバネを用いた場合に、図５に示す如くバルブシャフトが軸方向に移動し、バルブが流路を閉じると、バネが最大長さＬ０から最小長さＳ０にまで圧縮される。従来技術においては、バネを圧縮した際の弾性荷重によってバルブシャフト及び駆動ギアを介して駆動モータに加わるトルクは、駆動モータのコギングトルク（非通電状態でロータを動かした際に発生するマグネットとコアの間に働く磁気吸引力に起因する位置トルク）よりも大きくなるように設定されていた。これにより、バネの弾性荷重によってバルブシャフトを図５における開側に移動させて、バルブを開状態とすることができる。一方、バネを圧縮した状態でバルブを静止させるためには図６に示す如く、バルブが開状態（バネが最大長さＬ０に伸長した状態）以外の状態においては常に駆動モータを駆動させておく必要があり、駆動モータの消費電力を低減させることが求められていた。   As described above, when a spring is used for the valve operating mechanism, when the valve shaft moves in the axial direction as shown in FIG. 5 and the valve closes the flow path, the spring moves from the maximum length L0 to the minimum length S0. Compressed. In the prior art, the torque applied to the drive motor via the valve shaft and the drive gear by the elastic load when the spring is compressed is the cogging torque of the drive motor (the magnet and core generated when the rotor is moved in a non-energized state) It was set to be larger than the position torque due to the magnetic attractive force acting during Thereby, the valve shaft can be moved to the open side in FIG. 5 by the elastic load of the spring, and the valve can be opened. On the other hand, in order to keep the valve stationary with the spring compressed, the drive motor is always driven in a state other than the valve open state (the state where the spring is extended to the maximum length L0) as shown in FIG. It is necessary to reduce the power consumption of the drive motor.

特開２００９−１９７７６５号公報JP 2009-197765 A

本発明の解決しようとする課題は、駆動モータの消費電力を低減させることができる、アクチュエータの動弁機構を提供することである。   The problem to be solved by the present invention is to provide a valve mechanism for an actuator that can reduce the power consumption of a drive motor.

本発明の解決しようとする課題は以上の如くであり、次にこの課題を解決するための手段を説明する。   The problem to be solved by the present invention is as described above. Next, means for solving the problem will be described.

即ち、請求項１においては、エンジンにおけるアクチュエータに配設される駆動モータと、該駆動モータによって回転駆動される駆動ギアと、該駆動ギアに螺合され、前記駆動ギアの回転駆動により軸方向に進退されるバルブシャフトと、該バルブシャフトの一端部と連結され、前記バルブシャフトが進退されることによってバルブシートに近接離間して前記エンジン内部の流路を開閉するバルブと、前記バルブシャフトの他端部を、前記軸方向の一方に向けて付勢するバネ部材と、を備えるアクチュエータの動弁機構であって、前記バネ部材を最大に圧縮した際の弾性荷重によって、前記バルブシャフト及び前記駆動ギアを介して前記駆動モータに加わるトルクが、前記駆動モータのコギングトルクよりも小さくなるように、前記バネ部材の最大圧縮荷重が設定されるものである。   That is, according to the first aspect of the present invention, a drive motor disposed in an actuator in the engine, a drive gear that is rotationally driven by the drive motor, and a screw that is screwed into the drive gear, and is axially driven by the rotational drive of the drive gear. A valve shaft that is advanced and retracted, a valve that is connected to one end portion of the valve shaft, opens and closes the valve seat by opening and retracting the valve shaft, and opens and closes the flow path inside the engine. And a spring member for biasing the end portion toward one side in the axial direction, wherein the valve shaft and the drive are driven by an elastic load when the spring member is compressed to the maximum. The spring member so that a torque applied to the drive motor via a gear is smaller than a cogging torque of the drive motor. In which the maximum compressive load is set.

請求項２においては、前記バネ部材は、板状のプレートを介して直列に配置された第一バネ及び第二バネで構成されるものである。   According to a second aspect of the present invention, the spring member includes a first spring and a second spring arranged in series via a plate-like plate.

本発明のエンジンの動弁機構によれば、駆動モータの消費電力を低減させることができる。   According to the valve mechanism of the engine of the present invention, the power consumption of the drive motor can be reduced.

エンジンの全体的な構成を示した模式図。The schematic diagram which showed the whole structure of the engine. 動弁機構（閉状態）の構成を示す側面図。The side view which shows the structure of a valve operating mechanism (closed state). 動弁機構（開状態）の構成を示す側面図。The side view which shows the structure of a valve operating mechanism (open state). バルブ位置とモータ出力との関係を示した図。The figure which showed the relationship between a valve position and a motor output. 従来技術に係る動弁機構の構成を示す側面図。The side view which shows the structure of the valve mechanism based on a prior art. 従来技術に係るバルブ位置とモータ出力との関係を示した図。The figure which showed the relationship between the valve position which concerns on a prior art, and a motor output.

図１を用いて、エンジン１００の構成について説明する。
なお、図１では、エンジン１００の構成をブロック線図にて模式的に表している。また、図１の破線は、電気信号線を表している。 The configuration of the engine 100 will be described with reference to FIG.
In addition, in FIG. 1, the structure of the engine 100 is typically represented with the block diagram. Moreover, the broken line of FIG. 1 represents the electric signal line.

エンジン１００は、本発明の動弁機構が採用された実施形態であるウェイストゲートバルブ６０のアクチュエータを備えるものである。エンジン１００は、給気経路１０と、排気経路２０と、エンジン本体３０と、過給機４０と、制御手段としてのＥｎｇｉｎｅ Ｃｏｎｔｒｏｌ Ｕｎｉｔ（以下、ＥＣＵ）５０と、を備えている。エンジン１００は、過給機を備えた直噴式６気筒ディーゼルエンジンとされている。   The engine 100 includes an actuator of a waste gate valve 60 that is an embodiment in which the valve mechanism of the present invention is employed. The engine 100 includes an air supply path 10, an exhaust path 20, an engine body 30, a supercharger 40, and an engine control unit (hereinafter referred to as ECU) 50 as control means. The engine 100 is a direct injection 6-cylinder diesel engine equipped with a supercharger.

給気経路１０は、エンジン本体３０に空気を供給する経路であって、給気配管に給気マニホールド１１と、インタークーラー１２と、コンプレッサ４１と、エアクリーナー１４と、を接続して構成されている。   The air supply path 10 is a path for supplying air to the engine body 30, and is configured by connecting an air supply manifold 11, an intercooler 12, a compressor 41, and an air cleaner 14 to an air supply pipe. .

給気マニホールド１１、インタークーラー１２、コンプレッサ４１及びエアクリーナー１４は、外部からエンジン本体３０に向かって、エアクリーナー１４、コンプレッサ４１、インタークーラー１２、給気マニホールド１１の順に配置され、給気配管によって接続されている。   The air supply manifold 11, the intercooler 12, the compressor 41, and the air cleaner 14 are arranged in this order from the outside toward the engine main body 30, the air cleaner 14, the compressor 41, the intercooler 12, and the air supply manifold 11. ing.

給気マニホールド１１は、エンジン本体３０の各気筒３１・３１・・・に空気を導入するための多岐管である。インタークーラー１２は、コンプレッサ４１の圧縮により温度が上がった空気を冷却する熱交換器である。コンプレッサ４１は、過給機４０の構成部品であって詳しくは後述する。エアクリーナー１４は、不織布等の濾材で給気中に含まれる粉塵などを分離するものである。   The air supply manifold 11 is a manifold for introducing air into the cylinders 31 of the engine body 30. The intercooler 12 is a heat exchanger that cools air whose temperature has been increased by the compression of the compressor 41. The compressor 41 is a component of the supercharger 40 and will be described in detail later. The air cleaner 14 separates dust contained in the air supply with a filter medium such as a nonwoven fabric.

排気経路２０は、エンジン本体３０から空気（排気）を排出する経路であって、排気管に排気マニホールド２１と、タービン４２と、を接続して構成されている。排気マニホールド２１、タービン４２は、エンジン本体３０から外部に向かって、排気マニホールド２１、タービン４２の順に配置され、排気管によって接続されている。   The exhaust path 20 is a path for discharging air (exhaust gas) from the engine body 30 and is configured by connecting an exhaust manifold 21 and a turbine 42 to an exhaust pipe. The exhaust manifold 21 and the turbine 42 are arranged in the order of the exhaust manifold 21 and the turbine 42 from the engine body 30 to the outside, and are connected by an exhaust pipe.

排気マニホールド２１は、エンジン本体３０の各気筒３１・３１・・・からの複数の排気管を１つにまとめる多岐管である。タービン４２は、過給機４０の構成部品であって詳しくは後述する。   The exhaust manifold 21 is a manifold that collects a plurality of exhaust pipes from the cylinders 31 of the engine body 30 into one. The turbine 42 is a component of the supercharger 40 and will be described in detail later.

エンジン本体３０は、シリンダブロック（図示略）と、シリンダヘッド（図示略）と、燃料噴射装置３５と、を備えている。シリンダブロックには、複数（６つ）の気筒３１・３１・・・が形成されている。燃料噴射装置３５は、コモンレールに蓄圧された燃料をインジェクタによって各気筒に噴射する装置である。   The engine body 30 includes a cylinder block (not shown), a cylinder head (not shown), and a fuel injection device 35. A plurality (six) of cylinders 31, 31... Are formed in the cylinder block. The fuel injection device 35 is a device that injects fuel accumulated in the common rail into each cylinder by an injector.

過給機４０は、エンジン１００が吸入する空気の圧力を大気圧以上に高める装置である。過給機４０は、コンプレッサ４１と、タービン４２と、を備えている。タービン４２は、排気配管から排出される排気ガスの内部エネルギーを利用して高速回転されるものである。コンプレッサ４１は、タービン４２によって駆動され、圧縮した空気を給気管からエンジン１００に送り込むものである。   The supercharger 40 is a device that raises the pressure of air taken in by the engine 100 to atmospheric pressure or higher. The supercharger 40 includes a compressor 41 and a turbine 42. The turbine 42 is rotated at high speed using the internal energy of the exhaust gas discharged from the exhaust pipe. The compressor 41 is driven by a turbine 42 and sends compressed air from an air supply pipe to the engine 100.

バイパス経路４５は、バイパス配管４６によってタービン４２の上流側と下流側とを接続している。バイパス経路４５には、ウェイストゲートバルブ６０が設けられている。ウェイストゲートバルブ６０は、バイパス経路４５を通過する排気流量を制限するものである。   The bypass path 45 connects the upstream side and the downstream side of the turbine 42 by a bypass pipe 46. A waste gate valve 60 is provided in the bypass path 45. The waste gate valve 60 limits the exhaust flow rate that passes through the bypass path 45.

ＥＣＵ５０は、エンジン１００を総合的に電子制御するものである。ＥＣＵ５０は、ウェイストゲートバルブ６０と接続されている。ＥＣＵ５０は、ウェイストゲートバルブ６０を開閉制御して、バイパス経路４５を通過する排気の流量を制御する機能を有している。   The ECU 50 comprehensively electronically controls the engine 100. The ECU 50 is connected to the waste gate valve 60. The ECU 50 has a function of controlling the flow rate of the exhaust gas that passes through the bypass path 45 by controlling the opening and closing of the waste gate valve 60.

次に、図２及び図３を用いて、本発明に係る動弁機構が用いられたウェイストゲートバルブ６０の構成について説明する。図２はウェイストゲートバルブ６０におけるバルブ６１の閉状態を、図３はウェイストゲートバルブ６０におけるバルブ６１の開状態を示している。図２及び図３では、ウェイストゲートバルブ６０の構成を一部断面視かつ側面視として表している。   Next, the configuration of the waste gate valve 60 in which the valve mechanism according to the present invention is used will be described with reference to FIGS. FIG. 2 shows a closed state of the valve 61 in the waste gate valve 60, and FIG. 3 shows an open state of the valve 61 in the waste gate valve 60. 2 and 3, the configuration of the waste gate valve 60 is shown as a partial cross-sectional view and a side view.

ウェイストゲートバルブ６０における動弁機構は、駆動手段としての駆動モータ５５と、バルブ６１と、バルブシート６２と、バルブシャフト６５と、駆動ギア７０と、バルブケーシング８０と、バネ部材としての第一バネ９１及び第二バネ９２と、を具備している。第一バネ９１と第二バネ９２とは略同一の構成であり、円板状のプレート６３を介して直列に配置されている。   The valve mechanism in the waste gate valve 60 includes a drive motor 55 as a drive means, a valve 61, a valve seat 62, a valve shaft 65, a drive gear 70, a valve casing 80, and a first spring as a spring member. 91 and a second spring 92. The first spring 91 and the second spring 92 have substantially the same configuration, and are arranged in series via a disk-shaped plate 63.

バルブ６１は、バルブシート６２から移動することによってバルブケーシング８０に形成される流路８２を開閉するものである。流路８２は、バイパス経路４５の途中に設けられている。バルブ６１は、バルブ支持部６８の先端部に配設されている。バルブ支持部６８は、リンク６７を介してバルブシャフト６５の開閉方向の先端部に連結されており、回動軸６９を中心に搖動可能に配設されている。バルブシート６２は、バルブケーシング８０に形成される流路８２の途上に設けられている。   The valve 61 opens and closes the flow path 82 formed in the valve casing 80 by moving from the valve seat 62. The flow path 82 is provided in the middle of the bypass path 45. The valve 61 is disposed at the distal end portion of the valve support portion 68. The valve support portion 68 is connected to a distal end portion of the valve shaft 65 in the opening / closing direction via a link 67, and is disposed so as to be swingable about a rotation shaft 69. The valve seat 62 is provided along the flow path 82 formed in the valve casing 80.

本実施形態においては図２及び図３に示す如く、バルブ６１を開く際にバルブシャフト６５が移動する側（図２及び図３における上側）を「開側」、バルブ６１を閉じる際にバルブシャフト６５が移動する側（図２及び図３における下側）を「閉側」と記載する。上記の如く構成されることにより、図２に示す如くバルブシャフト６５が閉側に移動するとバルブ６１が流路８２を閉塞し、図３に示す如くバルブシャフト６５が開側に移動するとバルブ６１が流路８２を開放する。即ち、バルブ６１は、バルブシャフト６５の閉側端部と連結され、バルブシャフト６５が進退されることによってバルブシート６２に近接離間してエンジン１００の内部の流路８２を開閉するのである。本実施形態においては、図２に示すバルブ６１の位置を「閉位置」、図３に示すバルブ６１の位置を「開位置」、閉位置と開位置との中間におけるバルブ６１の位置を「中間位置」と記載する。   In this embodiment, as shown in FIGS. 2 and 3, when the valve 61 is opened, the side on which the valve shaft 65 moves (the upper side in FIGS. 2 and 3) is “open side”, and when the valve 61 is closed, the valve shaft The side on which 65 moves (the lower side in FIGS. 2 and 3) is referred to as “closed side”. With the above configuration, when the valve shaft 65 moves to the closed side as shown in FIG. 2, the valve 61 closes the flow path 82, and when the valve shaft 65 moves to the open side as shown in FIG. The channel 82 is opened. That is, the valve 61 is connected to the closed end portion of the valve shaft 65, and opens and closes the valve seat 62 when the valve shaft 65 is advanced and retracted to open and close the flow path 82 inside the engine 100. In the present embodiment, the position of the valve 61 shown in FIG. 2 is the “closed position”, the position of the valve 61 shown in FIG. 3 is the “open position”, and the position of the valve 61 between the closed position and the open position is “intermediate”. "Position".

バルブケーシング８０には、収納室８１と、流路８２と、が形成されている。収納室８１は、流路８２よりも開側に形成されている。流路８２は、略Ｌ字形状に形成されている。流路８２の上流側及び下流側には、バイパス配管４６が接続され、バイパス経路４５が構成されている。   A storage chamber 81 and a flow path 82 are formed in the valve casing 80. The storage chamber 81 is formed on the open side with respect to the flow path 82. The flow path 82 is formed in a substantially L shape. A bypass pipe 46 is connected to the upstream side and the downstream side of the flow path 82, and a bypass path 45 is configured.

バルブシャフト６５は、軸方向（開閉方向）に進退し、バルブ支持部６８を搖動させることによって、バルブ６１をバルブシート６２から移動させるものである。バルブシャフト６５は、バルブケーシング８０に形成される収納室８１を貫通して配置されている。バルブシャフト６５の中途部には螺旋部６５Ｒ（リードスクリュー）が形成されている。   The valve shaft 65 moves forward and backward in the axial direction (opening / closing direction), and moves the valve 61 from the valve seat 62 by swinging the valve support portion 68. The valve shaft 65 is disposed through the storage chamber 81 formed in the valve casing 80. A spiral portion 65R (lead screw) is formed in the middle portion of the valve shaft 65.

バルブシャフト６５の開閉方向の開側は、ガイドブッシュ６４を介してバルブケーシング８０を貫通して、バルブケーシング８０から延出されている。バルブシャフト６５の開閉方向の開側先端には、円板状の固定板６６が連結されている。バルブシャフト６５の中途部は、収納室８１にて、螺旋部６５Ｒを駆動ギア７０の螺旋部７０Ｒに螺合させて、駆動ギア７０を貫通して配置されている。   The open side of the valve shaft 65 in the opening / closing direction passes through the valve casing 80 via the guide bush 64 and extends from the valve casing 80. A disc-shaped fixing plate 66 is connected to the open end of the valve shaft 65 in the opening / closing direction. A midway portion of the valve shaft 65 is disposed through the drive gear 70 in the storage chamber 81 by screwing the spiral portion 65R with the spiral portion 70R of the drive gear 70.

第一バネ９１、第二バネ９２、及び、板状のプレート６３からなるバネ部材は、バルブケーシング８０と固定板６６との間に介装される。第一バネ９１及び第二バネ９２はプレート６３を介して直列に配置され、第一バネ９１の開側端部は固定板６６に、第二バネ９２の閉側端部はバルブケーシング８０にそれぞれ固定される。これにより、第一バネ９１及び第二バネ９２はバルブ６１が開く方向である開方向にバルブシャフト６５を付勢している。図２に示す如く、ウェイストゲートバルブ６０におけるバルブ６１が閉状態の時は、第一バネ９１及び第二バネ９２の長さはそれぞれ最小長さＳ１及びＳ２となっている。   A spring member including the first spring 91, the second spring 92, and the plate-like plate 63 is interposed between the valve casing 80 and the fixed plate 66. The first spring 91 and the second spring 92 are arranged in series via the plate 63, the open end of the first spring 91 is on the fixed plate 66, and the close end of the second spring 92 is on the valve casing 80. Fixed. Thus, the first spring 91 and the second spring 92 urge the valve shaft 65 in the opening direction, which is the direction in which the valve 61 opens. As shown in FIG. 2, when the valve 61 in the waste gate valve 60 is in the closed state, the lengths of the first spring 91 and the second spring 92 are the minimum lengths S1 and S2, respectively.

プレート６３には、プレート６３を貫通する貫通孔が開口されている。図２及び図３に示す如く、プレート６３の貫通孔の内周部分には、筒状の摺動部材６３ａが配設されている。そして、バルブシャフト６５の中途部が摺動部材６３ａに挿入されている。摺動部材６３ａの内径は、バルブシャフト６５の外径よりも少し（数百μ程度）大径に形成されている。即ち、バルブシャフト６５は、外周面を摺動部材６３ａの内周面と摺接させながら、軸方向に進退することになる。本実施形態において、摺動部材６３ａはバルブシャフト６５の摩耗を抑制するために、摺動性能の高い樹脂系の素材で形成されているが、他の素材で形成することも可能である。動弁機構が使用される環境が高温であれば、摺動部材を例えばカーボンや表面処理を施した金属で形成することが好ましい。   The plate 63 has a through hole that passes through the plate 63. As shown in FIGS. 2 and 3, a cylindrical sliding member 63 a is disposed on the inner peripheral portion of the through hole of the plate 63. A midway portion of the valve shaft 65 is inserted into the sliding member 63a. The inner diameter of the sliding member 63a is slightly larger (about several hundred μ) than the outer diameter of the valve shaft 65. That is, the valve shaft 65 advances and retreats in the axial direction while bringing the outer peripheral surface into sliding contact with the inner peripheral surface of the sliding member 63a. In the present embodiment, the sliding member 63a is formed of a resin material having a high sliding performance in order to suppress wear of the valve shaft 65, but may be formed of other materials. If the environment in which the valve operating mechanism is used is high temperature, it is preferable that the sliding member is formed of, for example, carbon or a metal subjected to surface treatment.

駆動ギア７０は、略円筒形状の内部に螺旋部７０Ｒが形成され、略円筒形状の中途部にギア部が形成されて構成されている。駆動ギア７０は、開閉方向の開側端部及び閉側端部のそれぞれがベアリング７５によって収納室８１（バルブケーシング８０）に対して回動可能に支持されている。   The drive gear 70 is configured such that a spiral portion 70R is formed inside a substantially cylindrical shape, and a gear portion is formed in a middle portion of the substantially cylindrical shape. The drive gear 70 is supported by a bearing 75 so as to be rotatable with respect to the storage chamber 81 (valve casing 80) at the open end and the close end in the opening / closing direction.

駆動ギア７０のギア部は、ピニオン７１と螺合されている。ピニオン７１は、収納室８１にて回動自在に配置されている。ピニオン７１は、駆動ピニオン７２と螺合されている。駆動ピニオン７２は、駆動モータ５５によって駆動されるものである。   The gear portion of the drive gear 70 is screwed with the pinion 71. The pinion 71 is rotatably arranged in the storage chamber 81. The pinion 71 is screwed with the drive pinion 72. The drive pinion 72 is driven by the drive motor 55.

このような構成とすることで、ウェイストゲートバルブ６０では、駆動モータ５５によって駆動ピニオン７２が駆動され、駆動ピニオン７２が駆動されることによってピニオン７１を介して駆動ギア７０が駆動され、駆動ギア７０が駆動されることによってバルブシャフト６５が軸方向に進退され、バルブシャフト６５が軸方向に進退されることによって、バルブ６１がバルブシート６２から移動して流路８２が開閉される。図３に示す如く、ウェイストゲートバルブ６０におけるバルブ６１が開状態の時は、第一バネ９１及び第二バネ９２の長さはそれぞれ最大長さＬ１及びＬ２となる。   With this configuration, in the waste gate valve 60, the drive pinion 72 is driven by the drive motor 55, and the drive gear 70 is driven via the pinion 71 by driving the drive pinion 72, thereby driving the drive gear 70. Is driven, the valve shaft 65 is advanced and retracted in the axial direction, and the valve shaft 65 is advanced and retracted in the axial direction, whereby the valve 61 is moved from the valve seat 62 and the flow path 82 is opened and closed. As shown in FIG. 3, when the valve 61 in the waste gate valve 60 is open, the lengths of the first spring 91 and the second spring 92 are the maximum lengths L1 and L2, respectively.

上記の如く構成した動弁機構において、図２及び図３に示す如くバルブシャフト６５が移動し、バルブ６１が閉じられると、第一バネ９１は最大長さＬ１から最小長さＳ１にまで圧縮される。また、第二バネ９２は最大長さＬ２から最小長さＳ２にまで圧縮される。この際、第一バネ９１と第二バネ９２とをプレート６３を介して直列に配置することにより、それぞれの第一バネ９１及び第二バネが圧縮されたときのバネ一個あたりの圧縮量（（Ｌ１−Ｓ１）及び（Ｌ２−Ｓ２））を、従来技術のバネが一個の構成における圧縮量（Ｌ０−Ｓ０）と比較して約半減させることができる。これにより、第一バネ９１及び第二バネ９２が圧縮した際の共振周波数を、従来技術のバネが圧縮した際の共振周波数と比較して約２倍とすることができる。即ち、バネの圧縮により固有振動数が小さくなる程度を抑制することができるため、バネの固有振動数がエンジンの振動帯域に入ってバネ（動弁機構）とエンジンとが共振することを防止できる。   In the valve mechanism constructed as described above, when the valve shaft 65 moves and the valve 61 is closed as shown in FIGS. 2 and 3, the first spring 91 is compressed from the maximum length L1 to the minimum length S1. The Further, the second spring 92 is compressed from the maximum length L2 to the minimum length S2. At this time, by arranging the first spring 91 and the second spring 92 in series via the plate 63, the amount of compression per spring when the first spring 91 and the second spring are compressed (( L1-S1) and (L2-S2)) can be reduced by about half compared to the amount of compression (L0-S0) in a single spring configuration. Thereby, the resonance frequency when the first spring 91 and the second spring 92 are compressed can be approximately doubled compared to the resonance frequency when the conventional spring is compressed. In other words, since the degree of reduction of the natural frequency due to the compression of the spring can be suppressed, it is possible to prevent the natural frequency of the spring from entering the vibration band of the engine and resonating between the spring (valve mechanism) and the engine. .

本実施形態に係るウェイストゲートバルブ６０においては、バネ部材である第一バネ９１及び第二バネ９２を最大に圧縮した際（最小長さＳ１・Ｓ２に圧縮した際）の弾性荷重によって、バルブシャフト６５及び駆動ギア７０を介して駆動モータ５５に加わるトルクが、駆動モータ５５のコギングトルクよりも小さくなるように、バネ部材の最大圧縮荷重が設定される。具体的には、第一バネ９１及び第二バネ９２の径及び高さを調節することにより、バネ部材の最大圧縮荷重を設定するのである。   In the waste gate valve 60 according to the present embodiment, the valve shaft is caused by an elastic load when the first spring 91 and the second spring 92, which are spring members, are compressed to the maximum (when compressed to the minimum lengths S1 and S2). The maximum compression load of the spring member is set so that the torque applied to the drive motor 55 via the drive motor 65 and the drive gear 70 is smaller than the cogging torque of the drive motor 55. Specifically, the maximum compression load of the spring member is set by adjusting the diameter and height of the first spring 91 and the second spring 92.

本実施形態においては上記の如く構成することにより、バルブ６１が開位置、中間位置、閉位置の何れに位置する場合のバネ部材の圧縮量においても、バネ部材の弾性荷重によって駆動モータ５５に加えられるトルクを、駆動モータ５５のコギングトルクよりも小さくすることができる。このため、バルブ６１の位置に関わらず、駆動モータ５５の駆動を停止した場合には、バネ部材の弾性荷重によってバルブシャフト６５が進退することを防止できる。即ち、図４に示す如く、バルブ６１が開位置、中間位置、閉位置の何れかで静止する場合に、駆動モータ５５の駆動を停止してモータ出力をゼロにすることが可能となり、駆動モータ５５の消費電力を低減させることができるのである。   In the present embodiment, by configuring as described above, the compression amount of the spring member when the valve 61 is located at the open position, the intermediate position, or the closed position is added to the drive motor 55 by the elastic load of the spring member. The generated torque can be made smaller than the cogging torque of the drive motor 55. For this reason, regardless of the position of the valve 61, when the drive of the drive motor 55 is stopped, it is possible to prevent the valve shaft 65 from moving back and forth due to the elastic load of the spring member. That is, as shown in FIG. 4, when the valve 61 is stationary at any one of the open position, the intermediate position, and the closed position, the drive motor 55 can be stopped and the motor output can be made zero. The power consumption of 55 can be reduced.

一方、バルブ６１を開く場合及び閉じる場合のみ、図４に示す如く駆動モータ５５を駆動させることにより、バルブ６１によって流路８２を開閉することができる。具体的には、バルブ６１を閉位置から中間位置に変位させる際、及び、中間位置から開位置に変位させる際には、モータ出力が開側となる方向に駆動モータ５５を駆動する。逆に、バルブ６１を開位置から中間位置に変位させる際、及び、中間位置から閉位置に変位させる際には、モータ出力が閉側となる方向に駆動モータ５５を駆動するのである。   On the other hand, only when the valve 61 is opened and closed, the flow path 82 can be opened and closed by the valve 61 by driving the drive motor 55 as shown in FIG. Specifically, when displacing the valve 61 from the closed position to the intermediate position and when displacing the valve 61 from the intermediate position to the open position, the drive motor 55 is driven in a direction in which the motor output is on the open side. On the contrary, when the valve 61 is displaced from the open position to the intermediate position and when the valve 61 is displaced from the intermediate position to the closed position, the drive motor 55 is driven in a direction in which the motor output becomes the closed side.

なお、本実施形態において、バネ部材による弾性荷重は、バルブシャフト６５の振動を制止する程度の荷重に設定されている。換言すれば、本実施形態におけるバネ部材は、弾性荷重によりバルブシャフト６５を移動させるために機能するのではなく、バルブシャフト６５の振動を制止する制振部材として機能するのである。また、本実施形態においては、バネ部材を板状のプレート６３を介して直列に配置された第一バネ９１及び第二バネ９２で構成している。これにより、バネ部材の弾性荷重低下によるばね固有値の低下を抑制している。   In the present embodiment, the elastic load by the spring member is set to such a load as to suppress the vibration of the valve shaft 65. In other words, the spring member in the present embodiment does not function to move the valve shaft 65 by an elastic load, but functions as a damping member that stops vibration of the valve shaft 65. In the present embodiment, the spring member is constituted by a first spring 91 and a second spring 92 that are arranged in series via a plate-like plate 63. Thereby, the fall of the spring eigenvalue by the elastic load fall of a spring member is suppressed.

なお、本実施形態では、本発明の動弁機構をウェイストゲートバルブ６０に用いる構成としたがこれに限定されない。例えば、本発明の動弁機構をＥＧＲ（Ｅｘｈａｕｓｔ Ｇａｓ Ｒｅｃｉｒｃｕｌａｔｉｏｎ）に用いる構成であっても良い。   In the present embodiment, the valve mechanism of the present invention is used for the waste gate valve 60. However, the present invention is not limited to this. For example, the structure which uses the valve operating mechanism of this invention for EGR (Exhaust Gas Recirculation) may be sufficient.

６１ バルブ
６２ バルブシート
６３ プレート
６３ａ 摺動部材
６５ バルブシャフト
７０ 駆動ギア
８０ バルブケーシング
９１ 第一バネ（バネ部材）
９２ 第二バネ（バネ部材）
１００ エンジン 61 Valve 62 Valve seat 63 Plate 63a Sliding member 65 Valve shaft 70 Drive gear 80 Valve casing 91 First spring (spring member)
92 Second spring (spring member)
100 engine

Claims (2)

エンジンにおけるアクチュエータに配設される駆動モータと、
該駆動モータによって回転駆動される駆動ギアと、
該駆動ギアに螺合され、前記駆動ギアの回転駆動により軸方向に進退されるバルブシャフトと、
該バルブシャフトの一端部と連結され、前記バルブシャフトが進退されることによってバルブシートに近接離間して前記エンジン内部の流路を開閉するバルブと、
前記バルブシャフトの他端部を、前記軸方向の一方に向けて付勢するバネ部材と、を備えるアクチュエータの動弁機構であって、
前記バネ部材を最大に圧縮した際の弾性荷重によって、前記バルブシャフト及び前記駆動ギアを介して前記駆動モータに加わるトルクが、前記駆動モータのコギングトルクよりも小さくなるように、前記バネ部材の最大圧縮荷重が設定される、アクチュエータの動弁機構。 A drive motor disposed in an actuator in the engine;
A drive gear that is rotationally driven by the drive motor;
A valve shaft that is screwed into the drive gear and is advanced and retracted in the axial direction by the rotational drive of the drive gear;
A valve that is connected to one end of the valve shaft and opens and closes the flow path inside the engine by moving the valve shaft forward and backward to approach and separate from the valve seat;
A spring member that biases the other end portion of the valve shaft toward one side in the axial direction;
The maximum torque of the spring member is such that the torque applied to the drive motor via the valve shaft and the drive gear due to the elastic load when the spring member is compressed to the maximum is smaller than the cogging torque of the drive motor. Actuator valve mechanism in which a compressive load is set. 前記バネ部材は、板状のプレートを介して直列に配置された第一バネ及び第二バネで構成される、ことを特徴とする、請求項１に記載のアクチュエータの動弁機構。   2. The valve operating mechanism for an actuator according to claim 1, wherein the spring member includes a first spring and a second spring arranged in series via a plate-like plate.
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