JP2007002846A

JP2007002846A - 作動機構に用いられる作動器

Info

Publication number: JP2007002846A
Application number: JP2006168620A
Authority: JP
Inventors: Michael Baeuerle; ミヒャエル　ボイエルレ; Crina Vlad; ヴラートクリーナ; Heiner Fees; フェースハイナー; Ulrich Hohl; ホールウルリッヒ; Wolfgang Mayer; マイアーヴォルフガング
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 2005-06-20
Filing date: 2006-06-19
Publication date: 2007-01-11
Also published as: DE102005028374A1; ITMI20061161A1

Abstract

【課題】作動機構の当接位置でのシール性の理由から要求される高いトルクが減衰されるようにする。
【解決手段】被駆動軸４６と作動機構との間の力伝達経路にスリップクラッチ４２が配置されているようにした。
【選択図】図１

Description

本発明は、ストッパに向かって走行する作動機構、特に内燃機関の、ガス状の媒体を案内する通路に配置された、動力が伝達されるようにシール座に当付け可能なスロットルボディに用いられる作動器であって、被駆動軸を有する電動式の作動モータと、作動機構に連結された作動軸と、作動モータの被駆動軸と、作動軸との間に配置された伝動装置とが設けられている形式のものに関する。

スロットルボディに用いられる公知の電気的な作動器（ドイツ連邦共和国特許出願公開第１０２４５１９３号明細書参照）は、スロットルボディと一緒に作動ユニット内に組み込まれている。この作動ユニットは作動器ハウジングを有している。この作動器ハウジングは、自動車の内燃機関に関連した使用に応じて、スロットルバルブ管片または排ガス再循環弁と呼ばれる。このスロットルバルブ管片または排ガス再循環弁を通って通路が延びている。この通路内には、たとえば新鮮な流入空気または燃料／空気混合物または排ガスまたは排ガスの一部が内燃機関に向かって流れるかまたは内燃機関から離れる方向に流れる。作動器は電動式の作動モータを有している。この作動モータは、非線形の伝動装置出力段を備えた二段式の伝動装置を介して、スロットルボディを支持する作動軸を駆動する。伝動装置入力段は、作動モータの被駆動軸に相対回動不能に装着されたモータピニオンと、このモータピニオンに噛み合う中間歯車とから成っている。この中間歯車は、ハウジング内に位置固定された伝動装置軸に相対回動可能に装着されている。非線形の伝動装置出力段は、駆動セグメントと、この駆動セグメントに噛み合う被駆動セグメントとを有している。駆動セグメントは伝動装置軸に装着されていて、伝動装置入力段の被駆動歯車に相対回動不能に結合されている。被駆動セグメントは作動軸に相対回動不能に装着されている。この作動軸は作動器ハウジング内に回動支承されている。非線形の伝動装置出力段の両セグメントは、ピッチ曲線を介して互いに噛み合っている。このピッチ曲線のピッチ曲線半径は回動角にわたって常に変化する。この場合、ピッチ曲線半径は、両セグメントの回動時に相補的に変化するように形成されている。非線形の伝動装置出力段によって、調節ストロークにわたって作動モータとスロットルボディとの間で伝動装置変速比が変化する。これによって、スロットルボディの規定された回動位置に必要となる一層高いトルクが比較的出力弱の作動モータによって提供されるという利点が得られる。さらに、規定された調節ストローク範囲内でそれぞれ異なる作動速度をスロットルボディに得ることができる。

このような電気的な作動器または調整器またはアクチュエータは、ディーゼル機関の過給に用いられる排ガスターボチャージャにおけるバイパス調整のためにも使用される（Ｂｏｓｃｈ「ＫｒａｆｔｆａｈｒｔｅｃｈｎｉｓｃｈｅｓＴａｓｃｈｅｎｂｕｃｈ」（ＩＳＢＮ３−５２８−２３８７６−３、第５３２頁以下）参照）。スロットルボディはバイパスバルブとして形成されている。このバイパスバルブは、バイパスを閉鎖する閉鎖位置で、シール座によって形成されたストッパに当て付けられる。バイパスバルブの閉鎖位置でのバイパスのシール性の理由から、作動器は高い閉鎖力をスロットルバルブに加えなければならず、これによって、バイパスバルブが高いトルクを伴ってストッパに走行させられる。
ドイツ連邦共和国特許出願公開第１０２４５１９３号明細書

本発明の課題は、冒頭で述べた形式の、作動機構に用いられる作動器を改良して、作動機構の当接位置でのシール性の理由から要求される高いトルクが減衰されるようにすることである。

この課題を解決するために本発明の構成では、被駆動軸と作動機構との間の力伝達経路にスリップクラッチが配置されているようにした。

請求項１の特徴を備えた本発明による作動器は、ストッパへの作動機構の当接走行時に、この作動機構の当接位置でのシール性の理由から要求される高いトルクがスリップクラッチによって減衰され、これによって、長期にわたって作動器における損害が回避されるという利点を有している。作動機構がストッパに当接する力は、作動器の動的な運転状態と無関係に、スリップクラッチにおける規定されたスリップによって最大値に制限される。

別の請求項に記載した手段によって、請求項１に記載した作動器の有利な構成および改良形が可能となる。

本発明の有利な構成によれば、スリップクラッチが、伝動装置内に配置されている。このことは、スリップクラッチが簡単に組付け可能であり、汚物に対して防護されているという利点を有している。

本発明の有利な構成によれば、伝動装置が、伝動装置軸に相対回動可能に装着された歯車対を有しており、該歯車対が、スリップクラッチを介して互いに相対回動不能に結合された２つの歯車を備えており、スリップクラッチが、歯車の、互いに向かい合った端面を介した軸方向の摩擦接続的な緊締によって実現されている。スリップクラッチのこの構成では、作動機構がストッパに走行する最大力を両歯車の間の静摩擦力の調整によって規定することができる。

以下に、本発明を実施するための最良の形態を図面につき詳しく説明する。

図１に縦断面図で示した電気的な作動器３０またはアクチュエータは、有利には、火花点火機関およびディーゼル機関の過給に用いられる、図６に部分的に示したような排ガスターボチャージャ１０におけるバイパス調整のために使用される。このような排ガスターボチャージャ１０は２つの流体機械、つまり、タービン１１とコンプレッサ１２とから成っている。両流体機械は共通の軸１３に配置されている。タービン１１は、タービンハウジング１４内に配置されたタービンホイール１５を有しており、コンプレッサ１２は、コンプレッサハウジング１６内に配置されたコンプレッサホイール１７を有している。タービンホイール１５は、流入する排ガス１８によって駆動され、タービンホイール１５によって駆動されるコンプレッサホイール１７は、大気の新空気２０を吸い込み、予圧縮された新空気２１を内燃機関の燃焼室内に吹き込む。タービンホイール１５を離れた流出する排ガス１９はタービンハウジング１４から進出する。

乗用車に用いられる内燃機関では、大きな回転数レンジのため、有利なトルク規定を達成することができるように、最大限に許容可能な過給圧を維持するために、過給圧調整が提案されている。この場合、所望の過給圧はタービン１１の排ガス側の出力調整によって得られる。このためには、タービンハウジング１４にバイパス２２が設けられている。このバイパス２２を介して、流入する排ガス１８の一部がタービンホイール１５の傍らを通過して案内され、流出する排ガス１９と共に直接導出される。バイパス２２はスロットルボディ２３によって制御される。このスロットルボディ２３は、図６の実施例では、バイパスバルブ２４として形成されている。作動器３０によって操作される作動機構を形成するバイパスバルブ２４は、図６に概略的に示したレバー機構２５を介して、図１に示した作動器３０に連結されていて、図６に示した、バイパスバルブ２４がバイパス２２を完全に閉鎖している終端位置で作動器３０によって、動力が伝達されるように、シール座により形成されたストッパ２６に当て付けられる。シール座とバイパスバルブ２４とはバイパス２２を気密にシールしている。

作動器３０は、２つの部分から成る作動器ハウジング３１を有している。この作動器ハウジング３１は、ポット状のベースボディ３１１と、このベースボディ３１１をカバーするカバー３１２とから成っている。作動器ハウジング３１内には、電動式の作動モータ３２と二段式の伝動装置３３とが配置されている。この伝動装置３３を介して、作動モータ３２が、レバー機構２５に連結された作動軸３４を回動させる。この作動軸３４には、通常、戻し装置（図示せず）、たとえば戻しばねが作用している。この戻し装置の力に抗して、作動軸３４は作動モータ３２によって、排ガスターボチャージャ１０に設けられたバイパス２２の閉鎖の方向に調節される。戻し装置は、いわゆる「フェールセーフ機能」を実現し、作動器３０の故障時には、バイパスバルブ２４をタービンハウジング１４内で、いわゆる「緊急位置」に調整する。この緊急位置では、バイパス２２が開放されている。これによって、タービン１１の過回転数が回避される。択一的には、戻し装置が省略されてよく、バイパス２２のためのフェールセーフ機能が排ガス背圧によって実現されてよい。

二段式の伝動装置３３（図３および図４参照）は、モータピニオン３６と中間歯車３７とから成る伝動装置入力段３５と、駆動部材３９と被駆動部材４０とを備えた非線形の伝動装置出力段３８とを有している。駆動部材３９と被駆動部材４０とは、互いに噛み合う歯車または歯セグメントとして形成されている。この歯車または歯セグメントはその外側歯列でピッチ曲線において転動する。このピッチ曲線のピッチ曲線半径は、歯車または歯セグメントの回動範囲にわたって相補的に変化する。被駆動部材４０は作動軸３４に相対回動不能に装着されているのに対して、駆動部材３９は伝動装置入力段３５の中間歯車３７と一緒に、作動器ハウジング３１内でベースボディ３１１とカバー３１２との間に保持された伝動装置軸４１に相対回動可能に装着されている。駆動部材３９と中間歯車３７とは、トルク伝達式のスリップクラッチ４２を介して互いに結合されている。このスリップクラッチ４２は、バイパスバルブ２４の作動ストロークの末端で駆動部材３９と中間歯車３７との間の、伝達されるモーメントにおいて制限された相対運動を可能にし、これによって、作動器３０のための当接防護を提供する。

モータピニオン３６は、軸方向に相並んで配置された２つのすぐ歯歯列４３，４４を有している。この場合、平行な両すぐ歯歯列４３，４４は、同じ歯円直径と、同じ歯数、ここでは、たとえば５個の歯とを有している。モータピニオン３６は連結片４５によって作動モータ３２の被駆動軸４６に相対回動不能に結合されている。平行な両歯平面に設けられたすぐ歯歯列４３，４４の歯は、特に図３に認めることができるように、互いに半分の歯ピッチだけずらされている。二重にすぐ歯付けられたモータピニオン３６は金属から製造されていて、たとえば亜鉛ダイカスト部材またはＭＩＭ（金属射出成形）部材または押出し加工部材として製作されている。中間歯車３７にも同じく、相並んで配置された平行な２つの歯平面にそれぞれ１つのすぐ歯歯列４７とすぐ歯歯列４８とが設けられている。両すぐ歯歯列４７，４８は、同じ歯円直径と、同じ歯数、ここでは、たとえば５２個の歯とを有している。すぐ歯歯列４７の歯はすぐ歯歯列４８の歯に対して半分の歯ピッチだけずらされている。中間歯車は、有利にはプラスチックから製造されている。中間歯車３７のそれぞれ１つのすぐ歯歯列４７；４８は、モータピニオン３６の１つのすぐ歯歯列４３；４４に噛み合っている。

すでに述べたように、バイパスバルブ２４はその閉鎖位置で作動軸３４の最大の調節ストローク後に、動力が伝達されるようにストッパ２６に向かって走行させられる。バイパスバルブ２４の閉鎖位置でのバイパス２２のシール性の理由から、高い閉鎖力が要求され、これによって、バイパスバルブ２４は高いトルクを伴ってストッパ２６に当て付けられる。伝動装置入力段３５の中間歯車３７と伝動装置出力段３８の駆動部材３９との間に設けられたスリップクラッチ４２はトルクを、スリップクラッチにおける規定されたスリップによって減衰する。このためには、スリップクラッチ４２が、中間歯車３７と駆動部材３９との、互いに向かい合った平らな端面を摩擦接続的に、つまり、動力が伝達されるように軸方向で互いに締め付けるように形成されている。ストッパ２６へのバイパスバルブ２４の迅速な当接走行時には、中間歯車３７と駆動部材３９とが互いに接線方向に移動させられる。ストッパ２６に生ぜしめられる力は、中間歯車３７と駆動部材３９との間に生ぜしめられる静摩擦力によって規定されている。

詳細には、スリップクラッチ４２は、載着フランジ４９と、ボス５０と、皿ばね５１とを有している。ボス５０は駆動部材３９に一体に成形されていて、しかも、駆動部材３９の、中間歯車３７に面した側の端面に一体に成形されている。ボス５０は軸方向で載着フランジ４９を越えて突出している。中間歯車３７はボス５０に相対回動可能に配置されていて、駆動部材３９に面した側の端面で載着フランジ４９の上面に載置している。この載着フランジ４９自体はその下面で駆動部材３９の、中間歯車３７に面した側の端面に載置している。図２から認めることができるように、ボス５０はその自由端部に成形区分５０１を有している。この成形区分５０１は中間歯車３７を越えて突出している。図示の実施例では、成形区分５０１が、丸み付けられた柱縁を備えた三角柱の形状を有している。皿ばね５１は、中間歯車３７と駆動部材３９とを載着フランジ４９を介して軸方向に緊締するために働き、このために、一方でボス５０の成形区分５０１に係止されかつ他方で中間歯車３７の、駆動部材３９と反対の側の端面に押し当てられるように、ボス５０に被せ嵌められている（図１および図２参照）。皿ばね５１は、図５に平面図で拡大して示してある。ばね金属薄板から製造された円形の皿ばね５１は、中央の切欠き５１１と、同じ周角度だけ互いにずらされた３つの半径方向爪５１２とを有している。これらの半径方向爪５１２は成形区分５０１の柱面に対応していて、ボス５０への皿ばね５１の被嵌め時に自由端縁部で成形区分５０１の３つの柱面に嵌まり込む。

前述した作動器３０は調整器またはアクチュエータとしてスロットルバルブ管片または排ガス再循環弁に使用されてもよい。スロットルバルブ管片によって、内燃機関の燃焼室に流入する新空気または燃焼室に供給される燃料／空気混合物が制御される。排ガス再循環弁によって、新空気に添加される排ガス量の割合が制御される。

排ガスターボチャージャに用いられる、作動モータと伝動装置とを備えた作動器の縦断面図である。図１に示した矢印ＩＩの方向で見た伝動装置の斜視的な平面図である。図２に示した伝動装置に設けられたモータピニオンの斜視的な拡大図である。図１に示した矢印ＩＶの方向で見た伝動装置の下面図である。図２に示した伝動装置に設けられた皿ばねの拡大平面図である。排ガスターボチャージャの部分的な概略的な縦断面図である。

符号の説明

１０排ガスターボチャージャ、１１タービン、１２コンプレッサ、１３軸、１４タービンハウジング、１５タービンホイール、１６コンプレッサハウジング、１７コンプレッサホイール、１８排ガス、１９排ガス、２０新空気、２１新空気、２２バイパス、２３スロットルボディ、２４バイパスバルブ、２５レバー機構、２６ストッパ、３０作動器、３１作動器ハウジング、３２作動モータ、３３伝動装置、３４作動軸、３５伝動装置入力段、３６モータピニオン、３７中間歯車、３８伝動装置出力段、３９駆動部材、４０被駆動部材、４１伝動装置軸、４２スリップクラッチ、４３すぐ歯歯列、４４すぐ歯歯列、４５連結片、４６被駆動軸、４７すぐ歯歯列、４８すぐ歯歯列、４９載着フランジ、５０ボス、５１皿ばね、３１１ベースボディ、３１２カバー、５０１成形区分、５１１切欠き、５１２半径方向爪

Claims

ストッパに向かって走行する作動機構、特に内燃機関の、ガス状の媒体を案内する通路に配置された、動力が伝達されるようにシール座に当付け可能なスロットルボディ（２３）に用いられる作動器であって、被駆動軸（４６）を有する電動式の作動モータ（３２）と、作動機構に連結された作動軸（３４）と、作動モータ（３２）の被駆動軸（４６）と、作動軸（３４）との間に配置された伝動装置（３３）とが設けられている形式のものにおいて、被駆動軸（４６）と作動機構との間の力伝達経路にスリップクラッチ（４２）が配置されていることを特徴とする、作動機構に用いられる作動器。
スリップクラッチ（４２）が、伝動装置（３３）内に組み込まれている、請求項１記載の作動器。
伝動装置（３３）が、伝動装置軸（４１）に相対回動可能に装着された歯車対を有しており、該歯車対が、スリップクラッチ（４２）を介して互いに相対回動不能に結合された２つの歯車を備えている、請求項２記載の作動器。
スリップクラッチ（４２）が、歯車の、互いに向かい合った端面を介した軸方向の摩擦接続的な緊締によって実現されている、請求項３記載の作動器。
スリップクラッチ（４２）が、一方の歯車に一体成形された軸方向に突出したボス（５０）と、皿ばね（５１）とを有しており、ボス（５０）に他方の歯車が回動装着されており、皿ばね（５１）が、一方でボス（５０）に係止されていて、他方で該ボス（５０）に装着された歯車の、一方の歯車と反対の側の端面に支持されている、請求項４記載の作動器。
ボス（５０）が、端部側の成形区分（５０１）を有しており、該成形区分（５０１）が、ボス（５０）に回動装着された歯車を越えて突出しており、皿ばね（５１）が、中央の切欠き（５１１）を有しており、該切欠き（５１１）が、成形区分（５０１）に係止するための、切欠き（５１１）内に突出した半径方向爪（５１２）を備えている、請求項５記載の作動器。
両歯車の、互いに向かい合った端面の間に載着フランジ（４９）が配置されており、有利には、該載着フランジ（４９）が、ボス（５０）を有する歯車に一体に成形されている、請求項５または６記載の作動器。
伝動装置（３３）が二段式に形成されており、一方の歯車が、伝動装置入力段（３５）の、モータピニオン（３６）によって駆動される中間歯車（３７）であり、他方の歯車が、伝動装置出力段（３８）の駆動部材（３９）であり、該駆動部材（３９）が、作動軸（３４）に剛性的に装着された被駆動部材（４０）に噛み合っている、請求項３から７までのいずれか１項記載の作動器。
伝動装置入力段（３８）の駆動部材（３９）が、ボス（５０）を有する歯車によって形成されている、請求項８記載の作動器。
当該作動器が、自動車に用いられる内燃機関の排ガスターボチャージャ（１０）で、内燃機関の排ガスによって駆動されるタービン（１１）の出力調整のために使用されるようになっている、請求項１から９までのいずれか１項記載の作動器。
作動軸（３４）が、レバー機構（２５）を介してバイパスバルブ（２４）に連結されており、該バイパスバルブ（２４）が、タービン（１１）のタービンハウジング（１４）内で、タービンホイール（１５）を迂回するバイパス（２２）を制御するようになっている、請求項１０記載の作動器。