JP2007192030A - アクチュエータ - Google Patents

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剛志 神田
Taisuke Murata
泰祐 村田
Shinji Wakabayashi
伸二 若林
Toshiaki Uda
稔明 宇田
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Abstract

【課題】 歯車減速機構4の各ギヤの噛み合い精度を向上することを課題とする。
【解決手段】 歯車減速機構4の中間減速ギヤ6に、1本のギヤシャフト8に対して2種類の第1、第2摺動部を設けた軸受構造を採用している。そして、中間減速ギヤ6の材質(熱可塑性樹脂)の線膨張係数をA、ギヤシャフト8の材質(鉄系金属)の線膨張係数をB、ハウジング11(およびインテークマニホールド12)の材質(熱可塑性樹脂)の線膨張係数をCとしたとき、3つの線膨張係数の関係が、A>Bで、且つB<Cを満たすように設計することで、2種類の第1、第2摺動部の各第1、第2クリアランス61、62のクリアランス量が、エンジンルーム温度の変化(上昇または下降)に応じて逆方向に変化(増減)するように設定できる。これにより、2つの第1、第2摺動部の各クリアランス量を最低限に抑えることができるので、各ギヤの噛み合い精度を向上できる。
【選択図】 図1

Description

本発明は、動力源の駆動力を移動体に伝達する動力伝達機構を備えたアクチュエータに関するもので、特に3つの第1〜第3回転体(第1〜第3ギヤ)によって歯車減速機構を構成する動力伝達機構の軸受構造に係わる。
[従来の技術]
従来より、動力源としての電動モータのモータ軸の回転速度を歯車減速機構の構成要素を成す3つの第1〜第3ギヤによって所定の減速比となるように2段減速し、電動モータの駆動力(回転トルクまたはモータトルクと言う)を増大させてバルブを駆動するように構成されたモータアクチュエータが提案されている(例えば、特許文献1参照)。これは、図8に示したように、電動モータ101のモータ軸102に固定された第1ギヤ(以下ピニオンギヤと言う)103と、支持軸(以下シャフトと言う)104の周囲を取り囲むように配設されて、ピニオンギヤ103と噛み合ってモータトルクが伝達される第2ギヤ(以下中間減速ギヤと言う)105と、バルブ等の移動体の駆動軸106に固定された第3ギヤ(以下最終ギヤと言う)107とによって歯車減速機構が構成されている。そして、駆動軸106は、内部にギヤ収容室が形成されたハウジング109に軸受け部品を介して回転自在に軸支されているが、シャフト104は、その軸線方向の両端部がハウジング109の2つの第1、第2円筒部111、112の内部に形成される各第1、第2嵌合凹部113、114に圧入嵌合されて支持固定されている。
そして、歯車減速機構の構成要素を成す中間減速ギヤ105は、シャフト104の周囲を取り囲むように配設されて、内部に軸方向孔115が形成された円筒部116を有している。また、シャフト104は、円筒部116の軸方向孔115の内部に挿入されるシャフト外径部121を有している。そして、中間減速ギヤ105は、1本のシャフト104に対して1ヶ所の摺動部を有する軸受構造を備えている。その摺動部は、中間減速ギヤ105の円筒部116の内径面(軸受面)とシャフト104のシャフト外径部121の外径面(摺動面)との間に、シャフト104に対して中間減速ギヤ105が相対回転可能となるように一定値以上の軸受クリアランス122を設けている。
ここで、軸受クリアランス122は、モータアクチュエータを使用する温度環境範囲および材質により決定され、モータアクチュエータを使用する温度環境範囲の全て(モータアクチュエータが搭載される車両のエンジンルーム温度は−30〜+120℃の温度範囲で変化する)において、中間減速ギヤ105またはシャフト104の膨張、収縮があっても、中間減速ギヤ105の円筒部116がシャフト104のシャフト外径部121に対して円滑に相対回転可能となるようなクリアランス量が確保されるように設計する必要がある。
[従来の技術の不具合]
ところが、特許文献1に記載の中間減速ギヤ105の軸受構造においては、中間減速ギヤ105の円筒部116の軸受面とシャフト104のシャフト外径部121の摺動面とが良好に摺動し、モータアクチュエータを使用する温度環境範囲の全てにおいて一定値以上のクリアランス量を確保できるように設計している。すなわち、中間減速ギヤ105の円筒部116の軸受面とシャフト104のシャフト外径部121の摺動面とが摺動するのに必要な最小限のクリアランス量を確保する必要がある。
ここで、特許文献1に記載の中間減速ギヤ105の軸受構造は、中間減速ギヤ105の材質が金属よりも線膨張係数の大きい樹脂であり、シャフト104の材質が樹脂よりも線膨張係数の小さい金属である。すなわち、線膨張係数は、(樹脂)>(金属)であるため、図9のグラフに示したように、モータアクチュエータを使用する温度環境範囲中における低温領域(低温時)においても十分なクリアランス量を確保している。
しかし、中間減速ギヤ105の材質とシャフト104の材質との線膨張係数が異なるため、図9のグラフに示したように、モータアクチュエータを使用する温度環境範囲中における周囲温度環境の変化(例えば温度上昇)に伴い、モータアクチュエータを使用する温度環境範囲中における高温領域(高温時)には、中間減速ギヤ105の円筒部116の軸受面とシャフト104のシャフト外径部121の摺動面との間(摺動部)のクリアランス量が大きくなってしまう。
これによって、モータアクチュエータを使用する温度環境範囲中における低温領域に対して高温領域では、シャフト104に対する中間減速ギヤ105のガタ付きが大きくなるので、ピニオンギヤ103の軸(モータ軸102)と中間減速ギヤ105のシャフト104との間の軸間ピッチ、および中間減速ギヤ105のシャフト104と最終ギヤ107の軸(駆動軸106)との間の軸間ピッチが温度変化に応じてばらつく可能性がある。
したがって、ピニオンギヤ103と中間減速ギヤ105との噛み合い精度、および中間減速ギヤ105と最終ギヤ107との噛み合い精度が悪化し、モータアクチュエータの性能が損なわれるという問題が生じる。また、モータアクチュエータを使用する温度環境範囲中における高温領域の時の各ギヤ間の噛み合い精度が悪化すると、モータアクチュエータを使用する温度環境範囲中における高温領域の時のバックラッシュが多くなる。バックラッシュが多くなると、モータアクチュエータの作動時の負荷変動によって生起する歯打ち音(ギヤの作動音)が大きくなる。また、摺動部のクリアランス量が大きいと、異物等が軸受けクリアランス122に噛み込み易く、中間減速ギヤ105がロックする可能性があり、中間減速ギヤ105の軸受構造に対する信頼性が低下するという問題が生じる。
特開2004−92617号公報(第1−14頁、図1−図2)
本発明の目的は、2つの第1、第2摺動部の各クリアランス量を最低限に抑えることで、動力伝達機構の性能を向上することのできるアクチュエータを提供することにある。また、回転体を、動力伝達機構の動力伝達経路上に配設される中間ギヤとした場合、2つの第1、第2摺動部の各クリアランス量を小さくして、中間ギヤの軸とその中間ギヤと噛み合う他のギヤの軸との軸間ピッチのばらつきを抑えることのできるアクチュエータを提供することにある。
請求項1に記載の発明によれば、動力伝達機構は、軸線方向に延びる1つの軸に対して2つの第1、第2摺動部を有している。これらの第1、第2摺動部の中で第1摺動部は、回転体と軸との間に第1クリアランスを有している。また、2つの第1、第2摺動部の中で第2摺動部は、軸とハウジングとの間に第2クリアランスを有している。そして、2つの第1、第2クリアランスは、温度変化に応じて互いに逆方向に変化するように設定されている。すなわち、2つの第1、第2摺動部の各クリアランス量を、温度変化に応じて互いに逆方向に変化するように設定することにより、温度変化(例えば温度上昇)によって2つの第1、第2摺動部のうちの一方の摺動部のクリアランス量が減少しても、2つの第1、第2摺動部のうちの他方の摺動部のクリアランス量が増加する。したがって、2つの第1、第2クリアランスの最大クリアランスを小さくすることが可能となるので、2つの第1、第2摺動部の各クリアランス量を小さく(例えば必要最小限に)抑えることができる。特に回転体と軸との間に第1クリアランスが形成される第1摺動部の第1クリアランス量を最低限に抑えることで、動力源から移動体への動力伝達効率の低下を防止することができる。
請求項2に記載の発明によれば、2つの第1、第2クリアランスは、略同一のクリアランス量(クロスポイント)になる温度が、使用する温度環境範囲の略中心となるように設定されている。これによって、クロスポイントを、動力伝達機構の使用温度範囲の中心近くに持ってくることにより、使用温度範囲の最高温度、最低温度における2つの第1、第2摺動部の各クリアランス量を小さくすることが可能となる。
請求項3に記載の発明によれば、2つの第1、第2クリアランスは、略同一のクリアランス量(クロスポイント)になる温度における2つの第1、第2摺動部の各クリアランス量が、共にゼロになるように設定されている。これによって、回転摺動するために必要なクリアランス量を、動力伝達機構の使用温度範囲の全てにおいて確保しつつ、2つの第1、第2摺動部の各クリアランス量を最小化することができる。
請求項4に記載の発明によれば、2つの第1、第2クリアランスは、動力伝達機構の回転体の材質、およびハウジングの材質に対して、回転体の軸の材質を異ならせることにより、2つの第1、第2摺動部の各クリアランス量を、温度変化に応じて互いに逆方向に変化するように設定して、上記の目的を達成する。ここで、通常、回転体およびハウジングの各材質は、金属よりも線膨張係数の大きい樹脂であり、また、軸の材質は、樹脂よりも線膨張係数の小さい金属であるため、これらの関係を利用し、構造を工夫することで、特殊な材料等を用いることなく、低コストで、上記の目的を達成することができる。
請求項5に記載の発明によれば、回転体の筒状部と軸の外径部との第1摺動部は、回転体の筒状部の内径面と軸の外径部の外径面との間に第1クリアランス(筒状隙間)を有している。また、軸の嵌合凹部とハウジングの嵌合凸部との第2摺動部は、軸の嵌合凹部の内径面とハウジングの嵌合凸部の外径面との間に第2クリアランス(筒状隙間)を有している。そして、2つの第1、第2クリアランスを、温度変化に応じて互いに逆方向に変化するように設定することにより、温度変化によって2つの第1、第2摺動部のうちの一方のクリアランス量が減少しても、温度変化によって2つの第1、第2摺動部のうちの他方のクリアランス量が増加する。したがって、2つの第1、第2摺動部の各クリアランス量を小さく抑えることができる。
請求項6に記載の発明によれば、回転体の材質の線膨張係数をA、軸の材質の線膨張係数をB、ハウジングの材質の線膨張係数をCとしたとき、A>Bで、且つB<Cの関係を満たすように設計されている。これによって、2つの第1、第2摺動部の各クリアランス量を、線膨張係数の違いを利用した特定の設計寸法とすることができるので、動力伝達機構の使用温度範囲における最大クリアランス量を小さくすることができる。
請求項7に記載の発明によれば、回転体の筒状部と軸の外径部との第1摺動部は、回転体の筒状部の内径面と軸の外径部の外径面との間に1つの第1クリアランス(筒状隙間)を有している。また、軸の2つの第1、第2嵌合凹部とハウジングの2つの第1、第2嵌合凸部との第2摺動部は、軸の2つの第1、第2嵌合凹部の内径面とハウジングの2つの第1、第2嵌合凸部の外径面との間に2つの第2クリアランス(筒状隙間)を有している。そして、1つの第1クリアランスおよび2つの第2クリアランスを、温度変化に応じて互いに逆方向に変化するように設定することにより、温度変化によって2つの第1、第2摺動部のうちの一方のクリアランス量が減少しても、温度変化によって2つの第1、第2摺動部のうちの他方のクリアランス量が増加する。したがって、2つの第1、第2摺動部の各クリアランス量を小さく抑えることができる。
請求項8に記載の発明によれば、回転体の材質の線膨張係数をA、軸の材質の線膨張係数をB、2つの第1、第2嵌合凸部の材質の線膨張係数をそれぞれC1、C2としたとき、A>Bで、B<C1で、且つB<C2の関係を満たすように設計されている。これによって、2つの第1、第2摺動部の各クリアランス量を、線膨張係数の違いを利用した特定の設計寸法とすることができるので、動力伝達機構の使用温度範囲における最大クリアランス量を小さくすることができる。
請求項9に記載の発明によれば、回転体の筒状部と軸の外径部との第1摺動部は、回転体の筒状部の内径面と軸の外径部の外径面との間に第1クリアランス(筒状隙間)を有している。また、軸の突出部とハウジングの嵌合凹部との第2摺動部は、軸の突出部の外径面とハウジングの嵌合凹部の内径面との間に第2クリアランス(筒状隙間)を有している。そして、2つの第1、第2クリアランスを、温度変化に応じて互いに逆方向に変化するように設定することにより、温度変化によって2つの第1、第2摺動部のうちの一方のクリアランス量が減少しても、温度変化によって2つの第1、第2摺動部のうちの他方のクリアランス量が増加する。したがって、2つの第1、第2摺動部の各クリアランス量を小さく抑えることができる。
請求項10に記載の発明によれば、回転体の材質の線膨張係数をA、軸の材質の線膨張係数をB、ハウジングの材質の線膨張係数をCとしたとき、A>Bで、且つB>Cの関係を満たすように設計されている。これによって、2つの第1、第2摺動部の各クリアランス量を、線膨張係数の違いを利用した特定の設計寸法とすることができるので、動力伝達機構の使用温度範囲における最大クリアランス量を小さくすることができる。
請求項11に記載の発明によれば、回転体の筒状部と軸の外径部との第1摺動部は、回転体の筒状部の内径面と軸の外径部の外径面との間に1つの第1クリアランス(筒状隙間)を有している。また、軸の2つの第1、第2突出部とハウジングの2つの第1、第2嵌合凹部との第2摺動部は、軸の2つの第1、第2突出部の外径面とハウジングの2つの第1、第2嵌合凹部の内径面との間に2つの第2クリアランス(筒状隙間)を有している。そして、1つの第1クリアランスおよび2つの第2クリアランスを、温度変化に応じて互いに逆方向に変化するように設定することにより、温度変化によって2つの第1、第2摺動部のうちの一方のクリアランス量が減少しても、温度変化によって2つの第1、第2摺動部のうちの他方のクリアランス量が増加する。したがって、2つの第1、第2摺動部の各クリアランス量を小さく抑えることができる。
請求項12に記載の発明によれば、回転体の材質の線膨張係数をA、軸の材質の線膨張係数をB、2つの第1、第2円筒部の材質の線膨張係数をそれぞれC1、C2としたとき、A>Bで、B>C1で、且つB>C2の関係を満たすように設計されている。これによって、2つの第1、第2摺動部の各クリアランス量を、線膨張係数の違いを利用した特定の設計寸法とすることができるので、動力伝達機構の使用温度範囲における最大クリアランス量を小さくすることができる。
請求項13に記載の発明によれば、回転体によって、動力伝達機構の動力伝達経路上に配設された複数のギヤのうちの中間ギヤを構成しても良い。このように回転体を、動力伝達機構の動力伝達経路上に配設される中間ギヤとした場合、2つの第1、第2摺動部の各クリアランス量を小さくすることができるので、中間ギヤの軸とその中間ギヤと噛み合う他のギヤ(例えばピニオンギヤまたは最終ギヤ等)の軸との軸間ピッチのばらつきを抑えることができる。これによって、中間ギヤと他のギヤとの噛み合い精度を向上させることができるので、動力伝達機構の動力伝達効率(アクチュエータの性能)を向上することができる。
また、高温時または低温時のいずれの場合も、中間ギヤと他のギヤとの噛み合い精度を向上させることができるので、バックラッシュが少なくなり、動力伝達機構の作動時の負荷変動によって生起する歯打ち音(ギヤの作動音)を低減することが可能となる。また、2つの第1、第2摺動部の各クリアランス量が小さいので、異物等が2つの第1、第2クリアランスのいずれに対しても噛み込み難く、中間ギヤがロックし難くなる。したがって、中間ギヤの軸受構造に対する信頼性を向上することが可能となる。さらに、中間ギヤと他のギヤとの噛み合い精度を向上させることができるので、中間ギヤの小モジュール化を実現することが可能で、且つ中間ギヤの強度を向上させることが可能となる。
請求項14に記載の発明によれば、移動体を、吸気通路の通路断面積を変更することで、吸気通路から内燃機関の燃焼室内に流入する吸入空気量を制御する空気流量制御弁の弁体として用いても良い。そして、この空気流量制御弁を、内燃機関用吸気制御装置に使用されるスロットルバルブまたはアイドル回転速度制御弁として用いても良い。また、請求項15に記載の発明によれば、移動体を、吸気通路の通路長または通路断面積を2段階に切り替えることで、吸気通路から内燃機関の燃焼室内に流入する吸入空気を制御する吸気制御弁の弁体として用いても良い。そして、この吸気制御弁を、内燃機関用吸気制御装置(例えば可変吸気装置)に使用される吸気制御弁、内燃機関用吸気流制御装置(例えば吸気渦流発生装置)に使用される吸気渦流制御弁として用いても良い。
ここで、吸気渦流制御弁を、吸気通路から燃焼室内に流入する空気に横方向の渦流を生起させるスワール流制御弁として用いても良い。また、吸気渦流制御弁を、吸気通路から燃焼室内に流入する空気に縦方向の渦流を生起させるタンブル流制御弁として用いても良い。さらに、移動体を、動力伝達機構に駆動連結された駆動軸を有し、この駆動軸と一体的に回転運動を行う回転型のバルブとしても良い。また、動力伝達機構と移動体との間に、動力伝達機構の出力軸の回転運動を直線運動に変換する運動方向変換機構を介装し、移動体を、運動方向変換機構に駆動連結された駆動軸を有し、この駆動軸と一体的に直線運動を行う移動体(バルブ等)としても良い。
本発明を実施するための最良の形態は、動力源の駆動力を移動体に伝達する動力伝達機構の性能を向上するという目的を、動力伝達機構に、軸線方向に延びる1つの軸に対して2つの第1、第2摺動部を設けて、2つの第1、第2摺動部の各クリアランス量を最低限に抑えることで実現した。また、動力伝達機構の動力伝達経路上に配設された複数のギヤのうちの中間ギヤの軸とその中間ギヤと噛み合う他のギヤ(例えばピニオンギヤまたは最終ギヤ等)の軸との軸間ピッチのばらつきを抑えるという目的を、回転体を、動力伝達機構の動力伝達経路上に配設される中間ギヤとした場合、2つの第1、第2摺動部の各クリアランス量を小さくして、中間ギヤと他のギヤとの噛み合い精度を向上させることで実現した。
[実施例1の構成]
図1ないし図5は本発明の実施例1を示したもので、図2は可変吸気装置の概略構成を示した図で、図3はインテークマニホールドを示した図で、図4はモータアクチュエータの概略構成を示した図である。
本実施例の内燃機関用吸気制御装置は、例えば直列4気筒4サイクル・ガソリンエンジン等の多気筒内燃機関(多気筒エンジン:以下エンジンまたはエンジン本体と言う)の吸気系統に設けられている。この内燃機関用吸気制御装置は、エンジン回転速度に対応してインテークマニホールド12、13の内部に形成される複数の吸気通路(第1〜第4吸気通路)の通路長を可変に設定し、エンジントルクを向上させる可変吸気装置を備えている。
エンジンは、吸入空気と燃料との混合気を燃焼室内で燃焼させて得られる熱エネルギーにより出力を発生するもので、エンジンの各気筒毎の燃焼室内に吸入空気(吸気)を供給するためのインテークダクト(エンジン吸気管)と、エンジンの各気筒毎の燃焼室より流出する排気ガスを排気浄化装置を経由して外部に排出するためのエキゾーストダクト(エンジン排気管)とを備えている。
そして、エンジン本体は、シリンダヘッド14、シリンダブロック(図示せず)およびヘッドカバー(図示せず)等によって構成されており、自動車等の車両のエンジンルームに搭載されてエンジンルームとこれを覆うボンネットとの間に格納されている。エンジン本体のシリンダヘッド14には、ポペット型の吸気バルブ(インテークバルブ)によって開閉される複数(気筒数分)の吸気ポート(図示せず)、ポペット型の排気バルブ(エキゾーストバルブ)によって開閉される複数(気筒数分)の排気ポート(図示せず)が形成されている。
また、シリンダヘッド14は、シリンダブロックの複数(気筒数分)のシリンダボア内に摺動自在に支持される複数(気筒数分)のピストン(図示せず)との間に、シリンダヘッド14に設けられる3次元的な吸気流路形状の吸気ポートより混合気が流入する複数(気筒数分)の燃焼室が形成されている。また、シリンダヘッド14には、先端部が各気筒毎の燃焼室内に露出するようにスパークプラグ(図示せず)、および吸気ポート内に最適なタイミングで燃料を噴射するインジェクタ(図示せず)が取り付けられている。
ここで、エンジンのインテークダクトは、エンジン本体と同様に、自動車等の車両のエンジンルーム内に配置されており、吸入空気を濾過するエアクリーナ(濾過エレメント)を収容保持するエアクリーナケース、このエアクリーナケースよりも吸入空気の流れ方向の下流側に結合されるスロットルボデー、このスロットルボデーよりも吸入空気の流れ方向の下流側のエアコネクタ9に結合されるサージタンク10、このサージタンク10よりも吸入空気の流れ方向の下流側に結合されるインテークマニホールド12、13等を有している。インテークマニホールド12、13は、軽量化およびコスト削減を目的として樹脂化されており、樹脂材料(例えばガラス繊維強化の熱可塑性樹脂)によって一体的に形成(樹脂一体成形)されている。
インテークマニホールド12、13は、エンジン本体のシリンダヘッド14に設けられる気筒分の吸気ポートに分配供給する吸気多岐管であって、本実施例では2分割されている。また、インテークマニホールド12の内部には、エンジンの低・中速回転域(エンジン回転速度が2000〜2500rpm以下)の時に使用する複数の第1吸気通路(第1空気流路)15、およびエンジンの高速回転域(エンジン回転速度が2500〜3000rpm以上)の時に使用する複数の第2吸気通路(第2空気流路)16が形成されている。なお、複数の第1吸気通路15は、複数の第2吸気通路16よりも通路長が長くなるように形成されている。また、インテークマニホールド13の内部には、2つの第1、第2吸気通路15、16の合流部とエンジン本体のシリンダヘッド14の吸気ポートとを連通する吸気通路(空気流路)17が形成されている。
また、インテークマニホールド12には、内部に摺動孔が形成された樹脂製の軸受け部品18が、一定の間隔でバルブシャフト19の軸線方向に並列的に複数配置されている。なお、バルブシャフト19の軸線方向の両端側は、金属製の軸受け部品20等を介して、インテークマニホールド12に回転自在に軸支されている。ここで、インテークマニホールド12は、内部に多連一体型の吸気制御弁を収容するバルブケースとしての機能と、内部にモータアクチュエータを収容するアクチュエータケースの一部(第2ハウジング)としての機能とを兼ね備えている。
本実施例の可変吸気装置は、エンジン本体と同様に、自動車等の車両のエンジンルーム内に配置されており、インテークマニホールド12の内部において開閉自在に収容された多連一体型の吸気制御弁と、これらの吸気制御弁の各弁体(以下吸気制御バルブと言う)21を全閉方向(または全開方向)に付勢するコイルスプリング(バルブ付勢手段:図示せず)とを備えている。また、可変吸気装置は、インテークマニホールド12の内部に一定の間隔でバルブシャフト19の軸方向に並列的に複数の吸気制御バルブ21を配置した吸気制御バルブモジュール(多連一体型のバルブ開閉装置)を構成している。
複数の吸気制御バルブ21は、バルブシャフト19に駆動連結される軸部(バルブ軸)22を有し、このバルブ軸22と一体的に回転運動を行う移動体(回転型のバタフライバルブ)であって、複数の第2吸気通路16の開口面積を、少なくともバルブ全閉位置とバルブ全開位置との2段階に切り替える空気流路開閉制御弁の板状弁体を構成している。これらの吸気制御バルブ21毎には、吸入空気の流れ方向に対して略直交する方向に真っ直ぐに延びるシャフト貫通孔23が形成されている。なお、バルブ軸22は、軸受け部品18、20を介して、インテークマニホールド12の軸受け部に回転自在に軸支されている。ここで、本実施例のバルブシャフト19は、圧入嵌合によって複数の吸気制御バルブ21毎の各シャフト貫通孔23の内部に挿入されて固定されて、全ての吸気制御バルブ21を連動可能に連結する1本の駆動軸を構成している。
そして、複数の吸気制御バルブ21のバルブ開度(バルブ位置)を一括変更することが可能なバルブ駆動装置(モータアクチュエータ)1は、エンジン本体と同様に、自動車等の車両のエンジンルーム内に配置されており、図4に示したように、動力源としての電動モータ2と、この電動モータ2のモータシャフト(モータ軸、出力軸)3の回転運動をバルブシャフト19に伝達するための動力伝達機構と、内部に動力伝達機構を収容するアクチュエータケースとを備えた電動式アクチュエータによって構成されている。ここで、モータアクチュエータ1、特に電動モータ2は、エンジン制御ユニット(以下ECUと呼ぶ)によって通電制御されるように構成されている。
本実施例では、電動モータ2として、ECUによって通電制御される直流(DC)モータが採用されている。この電動モータ2は、ECUにより電子制御されるモータ駆動回路を介して車両に搭載されたバッテリに電気的に接続されている。そして、電動モータ2は、モータシャフト3に一体化されたロータ(アーマチャ)、このロータの外周側に対向配置されたステータ(フィールド)等によって構成されたブラシ付きのDCモータである。なお、ブラシ付きのDCモータの代わりに、ブラシレスDCモータや、三相誘導電動機等の交流(AC)モータを用いても良い。また、動力源として、モータの代わりにロータリーソレノイドを用いても良い。
動力伝達機構は、電動モータ2のモータシャフト3の回転速度を所定の減速比となるように減速すると共に、電動モータ2のモータシャフト3の駆動力(モータ出力軸トルク、モータトルク)を増大させる歯車減速機構4によって構成されている。この歯車減速機構4は、図4に示したように、電動モータ2のモータシャフト3の外周に固定されたピニオンギヤ(モータ側ギヤ)5と、このピニオンギヤ5に噛み合う中間減速ギヤ(中間ギヤ)6と、この中間減速ギヤ6に噛み合う最終ギヤ(以下出力ギヤと言う)7とによって構成されている。これらの各ギヤは、アクチュエータケースのギヤ収容室(回転体収容室)24の内部に回転自在に収容されている。
ピニオンギヤ5は、歯車減速機構4の動力伝達経路上において最もモータ側(動力源側)に配設されて、金属材料または樹脂材料によって円筒状に形成されている。このピニオンギヤ5は、電動モータ2のモータシャフト3の先端側の外周を取り囲むように円筒部を有している。この円筒部は、電動モータ2のモータシャフト3の外周に圧入嵌合によって固定されている。そして、ピニオンギヤ5の円筒部の外周には、中間減速ギヤ6に噛み合う複数の凸状歯25が周方向全体に形成されている。また、出力ギヤ7は、歯車減速機構4の動力伝達経路上において最もバルブ側(移動体側)に配設されて、樹脂材料によって円筒状に形成されている。この出力ギヤ7は、バルブシャフト19の軸線方向の先端側の外周を取り囲むように円筒部を有している。この円筒部は、バルブシャフト19の軸線方向の先端側の外周に圧入嵌合によって固定されている。そして、出力ギヤ7の円筒部の外周には、中間減速ギヤ6に噛み合う複数の凸状歯26が周方向全体に形成されている。
次に、本実施例の歯車減速機構4の中間減速ギヤ6の構造を図1および図4に基づいて簡単に説明する。ここで、図1は中間減速ギヤの軸受構造を示した図である。先ず、本実施例の歯車減速機構4には、軸線方向に真っ直ぐに延びる回転軸(以下ギヤシャフトと言う)8がアクチュエータケースのギヤ収容室24を横切るように配設されている。このギヤシャフト8の軸線方向の両端部は、図1および図4に示したように、中間減速ギヤ6の両側面より突出し、アクチュエータケースの軸受け部に回転方向に摺動自在に軸支されている。なお、ギヤシャフト8の詳細は後述する。
次に、本実施例の中間減速ギヤ6は、樹脂化されており、樹脂材料(例えばガラス繊維強化の熱可塑性樹脂)によって一体的に形成(樹脂一体成形)されている。この中間減速ギヤ6は、アクチュエータケースに対して相対回転する回転体を構成している。そして、中間減速ギヤ6は、ギヤシャフト8の周囲を取り囲むように配設された円筒部(筒状部)31を有している。この円筒部31の内部には、ギヤシャフト8が軸線方向に貫通する断面円形状のシャフト貫通穴32が形成されている。このシャフト貫通穴32の内径面は、ギヤシャフト8を回転方向に摺動自在に軸支する軸受面として機能する。
また、円筒部31は、中間減速ギヤ6の最大外径部を構成する円環状部33、およびこの円環状部33よりも外径の小さい円筒状部を有している。中間減速ギヤ6の円環状部33の外周には、ピニオンギヤ5の外周に形成される複数の凸状歯25に噛み合う複数の凸状歯34が周方向全体に形成されている。また、中間減速ギヤ6の円筒状部の外周には、出力ギヤ7の外周に形成される複数の凸状歯26に噛み合う複数の凸状歯35が周方向全体に形成されている。なお、複数の凸状歯34は、中間減速ギヤ6の大径ギヤを構成し、また、複数の凸状歯35は、中間減速ギヤ6の小径ギヤを構成する。
ここで、本実施例のアクチュエータケースは、本発明のハウジングに相当するもので、ハウジング(第1ハウジング)11およびインテークマニホールド(第2ハウジング)12によって構成されている。なお、本実施例では、ハウジング11が、内部にモータアクチュエータ1を収容するアクチュエータケースの一部を構成し、インテークマニホールド12が、そのアクチュエータケースの残部を構成している。ハウジング11は、樹脂化されており、インテークマニホールド12と同一の樹脂材料(例えばガラス繊維強化の熱可塑性樹脂)によって一体的に形成(樹脂一体成形)されている。このハウジング11は、インテークマニホールド12の外壁面に一体的に結合されており、インテークマニホールド12の外壁面との間に、歯車減速機構4を構成する各ギヤを回転自在に収容するギヤ収容室24を形成している。
2つの第1、第2ハウジング(ハウジング11およびインテークマニホールド12)には、図1および図4に示したように、所定の軸方向隙間(ギヤ収容室24)を隔てて対向して配置される2つの第1、第2側壁部41、42が一体的に形成されている。2つの第1、第2側壁部41、42のうちの一方の第1側壁部41は、中間減速ギヤ6の円筒部31の側面(図示上端面)に対向する側壁面に、中間減速ギヤ6の円筒部31の側面(シャフト側)に向けて突出した円柱形状の第1嵌合凸部43を有している。また、2つの第1、第2側壁部41、42のうちの他方の第2側壁部42は、中間減速ギヤ6の円筒部31の側面(図示下端面)に対向する側壁面に、中間減速ギヤ6の円筒部31の側面(シャフト側)に向けて突出した円柱形状の第2嵌合凸部44を有している。
また、本実施例のギヤシャフト8は、例えば鉄系の金属材料によって回転中心軸線に垂直な断面が円形状に形成された円形断面シャフトである。このギヤシャフト8には、中間減速ギヤ6の円筒部31のシャフト貫通穴32の内部に挿入されてシャフト貫通穴32の内周に隙間嵌めにより嵌合するシャフト外径部50、および中間減速ギヤ6の円筒部31の両側面から軸線方向の両側に突出した2つの第1、第2突出部51、52が一体的に形成されている。
シャフト外径部50は、中間減速ギヤ6の円筒部31のシャフト貫通穴32の内径よりも小さい外径を有している。2つの第1、第2突出部51、52のうちの一方の第1突出部51の軸線方向の一端部(図示上端部)には、円筒状の第1円筒部53が一体的に形成されている。また、2つの第1、第2突出部51、52のうちの他方の第2突出部52の軸線方向の他端部(図示下端部)には、円筒状の第2円筒部54が一体的に形成されている。
2つの第1、第2円筒部53、54は、シャフト外径部50および2つの第1、第2突出部51、52の外径よりも大きい外径を有している。そして、2つの第1、第2円筒部53、54は、内部に2つの第1、第2側壁部41の側壁面側が開口した2つの第1、第2嵌合凹部55、56を有している。2つの第1、第2嵌合凹部55、56は、2つの第1、第2側壁部41、42に設けられた各第1、第2嵌合凸部43、44の外径よりも大きい内径を有している。2つの第1、第2嵌合凹部55、56のうちの一方の第1嵌合凹部55は、ハウジング11の第1側壁部41に設けられた第1嵌合凸部43の外周に隙間嵌めにより嵌合している。また、2つの第1、第2嵌合凹部55、56のうちの他方の第2嵌合凹部56は、インテークマニホールド12の第2側壁部42に設けられた第2嵌合凸部44の外周に隙間嵌めにより嵌合している。
ここで、本実施例の歯車減速機構4のうちの中間減速ギヤ6は、1本のギヤシャフト8に対して少なくとも2種類の第1、第2摺動部(軸受摺動部)を有している。なお、本実施例では、第1摺動部が1ヶ所設けられ、第2摺動部が図示上下に2ヶ所設けられているので、実際には摺動部は3ヶ所設けられている。
2つの第1、第2摺動部のうちの一方の第1摺動部は、中間減速ギヤ6の円筒部31の内径面(軸受面)と、ギヤシャフト8のシャフト外径部50の外径面(摺動面)との間に、ギヤシャフト8に対して中間減速ギヤ6が摺動回転可能となる第1クリアランス61を有している。また、2つの第1、第2摺動部のうちの他方の第2摺動部は、ギヤシャフト8の2つの第1、第2円筒部53、54の内径面(摺動面)と、2つの第1、第2側壁部41、42の各第1、第2嵌合凸部43、44の外径面(軸受面)との間に、ハウジング11(およびインテークマニホールド12)に対してギヤシャフト8が摺動回転可能となる第2クリアランス62を有している。
2つの第1、第2摺動部の各第1、第2クリアランス61、62は、図5のグラフに示したように、中間減速ギヤ6の材質の線膨張係数(A)、ギヤシャフト8の材質の線膨張係数(B)、ハウジング11(およびインテークマニホールド12)の材質の線膨張係数(C)の違いを利用して、モータアクチュエータ1を使用する温度環境範囲中における周囲温度環境の変化に伴って、第1摺動部のクリアランス量(α)と第2摺動部のクリアランス量(β)とが互いに逆方向に変化するように設計(設定)されている。また、2つの第1、第2クリアランス61、62は、図5のグラフに示したように、略同一のクリアランス量(クロスポイント、αとβとの交点)になる周囲温度が、モータアクチュエータ1を使用する温度環境範囲の略中心となるように設計(設定)されている。
[実施例1の作用]
次に、本実施例の可変吸気装置の作用を図1ないし図4に基づいて簡単に説明する。
ECUは、エンジン回転速度が低・中速回転域の場合に、インテークマニホールド12の内部に配設された複数の吸気制御バルブ21が全閉状態となるように電動モータ2への通電を停止する。これによって、コイルスプリングの付勢力によって、全ての吸気制御バルブ21のバルブ開度(バルブ位置)が全開位置から全閉位置(図3参照)に変更される。あるいは全ての吸気制御バルブ21が全閉位置に止まる。このとき、電動モータ2を通電し、歯車減速機構4を介して、1本のバルブシャフト19に電動モータ2の回転出力(モータトルク)を伝達して、全ての吸気制御バルブ21のバルブ開度(バルブ位置)を全開位置から全閉位置(図3参照)に変更しても良い。
したがって、エアクリーナで濾過された吸入空気は、スロットルボデー、エアコネクタ9およびサージタンク10を経由してインテークマニホールド12の内部に形成される、比較的に吸気通路長の長い複数の第1吸気通路15のみに分配される。その後に、複数の第1吸気通路15に分配された吸入空気は、エンジン本体のシリンダヘッド14の内部に設けられる複数の吸気ポートを経由して、エンジン本体の各気筒毎の燃焼室内に導入される。
ECUは、エンジン回転速度が高速回転域の場合に、インテークマニホールド12の内部に配設された複数の吸気制御バルブ21が全開状態となるように電動モータ2を通電する。電動モータ2が通電されると、モータシャフト3が回転を開始する。この電動モータ2の回転出力(モータトルク)は、モータシャフト3の外周に固定されたピニオンギヤ5から中間減速ギヤ6の大径ギヤへ、更に、中間減速ギヤ6の小径ギヤから出力ギヤ7へ順に伝達される。そして、歯車減速機構4の出力軸である1本のバルブシャフト19に電動モータ2の回転出力(モータトルク)が伝達される。これにより、1本のバルブシャフト19によって、全ての吸気制御バルブ21のバルブ開度(バルブ位置)が一括変更される。すなわち、コイルスプリングの付勢力に抗して、全ての吸気制御バルブ21のバルブ開度(バルブ位置)が全閉位置(図3参照)から全開位置に変更される。
したがって、エアクリーナで濾過された吸入空気は、スロットルボデー、エアコネクタ9およびサージタンク10を経由してインテークマニホールド12の内部に形成される、比較的に吸気通路長の短い複数の第2吸気通路16のみに分配される。その後に、複数の第2吸気通路16に分配された吸入空気は、エンジン本体のシリンダヘッド14の内部に設けられる複数の吸気ポートを経由して、エンジン本体の各気筒毎の燃焼室内に導入される。
以上のように、本実施例の可変吸気装置においては、エンジン回転速度が低・中速回転域の時に、インテークダクト、特にインテークマニホールド12の内部に形成される吸気通路の通路長が伸長するように、全ての吸気制御バルブ21のバルブ開度(バルブ位置)を全開位置から全閉位置に切り替え、また、エンジン回転速度が高速回転域の時に、インテークダクト、特にインテークマニホールド12の内部に形成される吸気通路の通路長が短縮するように、全ての吸気制御バルブ21のバルブ開度(バルブ位置)を全閉位置から全開位置に切り替えことで、エンジン回転速度に対応して慣性過給効果を得(充填効率を高め)ることができるので、エンジン回転速度に拘らず、エンジン出力軸トルク(エンジントルク)を向上することができる。
[実施例1の特徴]
以上のように、本実施例の可変吸気装置に使用されるモータアクチュエータ1においては、歯車減速機構4の中間減速ギヤ6に、図1、図4および図5に示したように、1本のギヤシャフト8に対して2種類の第1、第2摺動部(軸受摺動部、回転摺動部)を設けた軸受構造を採用している。すなわち、2種類の第1、第2摺動部のうちの一方の第1摺動部は、中間減速ギヤ6の円筒部31とギヤシャフト8のシャフト外径部50との間が摺動回転可能となるような軸受構造を備え、中間減速ギヤ6の円筒部31の内径面と、ギヤシャフト8のシャフト外径部50の外径面との間に、モータアクチュエータ1の周囲温度(エンジンルーム温度)の上昇に伴ってクリアランス量(α)が変化(増加傾向)する第1クリアランス61を有している。
また、2種類の第1、第2摺動部のうちの他方の第2摺動部は、ギヤシャフト8の2つの第1、第2円筒部53、54と2つの第1、第2側壁部41、42の各第1、第2嵌合凸部43、44との間が摺動回転可能となるような軸受構造を備え、ギヤシャフト8の2つの第1、第2円筒部53、54の内径面と、2つの第1、第2側壁部41、42の各第1、第2嵌合凸部43、44の外径面との間に、モータアクチュエータ1の周囲温度(エンジンルーム温度)の上昇に伴ってクリアランス量(β)が変化(減少傾向)する第2クリアランス62を有している。
そして、以上のような軸受構造を達成するために、中間減速ギヤ6の材質(熱可塑性樹脂)の線膨張係数(A)、ギヤシャフト8の材質(鉄系金属)の線膨張係数(B)、ハウジング11(およびインテークマニホールド12)の材質(熱可塑性樹脂)の線膨張係数(C)の関係が下記の数1の関係式を満たすように設計されている。
[数1]
A>Bで、且つB<C
このとき、モータアクチュエータ1を使用する温度環境範囲(例えば−30〜+120℃程度:以下エンジンルーム温度変化可能範囲と言う)中におけるモータアクチュエータ1の周囲温度環境(以下エンジンルーム温度と言う)の変化に対する、2種類の第1、第2摺動部の各クリアランス量α、βの関係を、図5のグラフのように設計することが可能となる。ここで、αは第1摺動部のクリアランス量の温度変化を示す。また、βは第2摺動部のクリアランス量の温度変化を示す。
そして、本実施例の中間減速ギヤ6は、エンジンルーム温度変化可能範囲中におけるエンジンルーム温度の変化に伴って以下のように2種類の第1、第2摺動部の各クリアランス量α、βが変化する軸受構造を採用している。
先ず、エンジンルーム温度変化可能範囲中においてエンジンルーム温度が低温領域(低温時、温度範囲:A)の場合には、α<0で、且つβ>0となり、ギヤシャフト8の2つの第1、第2円筒部53、54と2つの第1、第2側壁部41、42の各第1、第2嵌合凸部43、44との間のみが回転摺動可能となっている。すなわち、2種類の第1、第2摺動部のうちの一方の第1摺動部がロック、2種類の第1、第2摺動部のうちの他方の第2摺動部が回転摺動可能となっている。
次に、エンジンルーム温度変化可能範囲中においてエンジンルーム温度が低温領域と高温領域との中間の中間温度(温度範囲:B)の場合には、α>0で、且つβ>0となり、中間減速ギヤ6の円筒部31とギヤシャフト8のシャフト外径部50との間、およびギヤシャフト8の2つの第1、第2円筒部53、54と2つの第1、第2側壁部41、42の各第1、第2嵌合凸部43、44との間が回転摺動可能となっている。すなわち、2種類の第1、第2摺動部(両者)が共に回転摺動可能となっている。
次に、エンジンルーム温度変化可能範囲中においてエンジンルーム温度が高温領域(高温時、温度範囲:C)の場合には、α>0で、且つβ<0となり、中間減速ギヤ6の円筒部31とギヤシャフト8のシャフト外径部50との間のみが回転摺動可能となっている。すなわち、2種類の第1、第2摺動部のうちの一方の第1摺動部が回転摺動可能、2種類の第1、第2摺動部のうちの他方の第2摺動部がロックする。
このように、1本のギヤシャフト8に対して2種類の第1、第2摺動部を設け、それぞれの第1、第2摺動部の各クリアランス量を線膨張係数の違いを利用した特定の設計とする。すなわち、1本のギヤシャフト8に対して2種類の第1、第2摺動部を設け、且つ2種類の第1、第2摺動部の各クリアランス量が、エンジンルーム温度の変化(上昇または下降)に応じて互いに逆方向に変化(増減)するように設計している。これにより、摺動部が、従来の技術では、中間減速ギヤ105の円筒部116とシャフト104のシャフト外径部121との間の1ヶ所のみであったのに対して、本実施例では、2種類の第1、第2摺動部を全部で3ヶ所に設けている。
また、従来の技術では、摺動部のクリアランス量が、高温または低温になるに従って減少する一方であったが、本実施例では、2種類の第1、第2摺動部の各クリアランス量がエンジンルーム温度の変化に伴って逆方向に変化するため、2種類の第1、第2摺動部のうちの一方の第1摺動部のクリアランス量が減少しても、2種類の第1、第2摺動部のうちの他方の第2摺動部のクリアランス量が増加することにより、2種類の第1、第2摺動部のいずれかにおいて一定値以上のクリアランス量を確保することができる。
この結果、エンジンルーム温度変化可能範囲の全温度領域における最大クリアランス量を、少なくともハウジング11に対して中間減速ギヤ6が相対回転可能な必要最小限に抑えることができる。
したがって、本実施例の中間減速ギヤ6の軸受構造においては、エンジンルーム温度変化可能範囲の全温度領域における最大クリアランス量を、従来の中間減速ギヤ105の摺動部のクリアランス量に比べて、2種類の第1、第2摺動部の各クリアランス量を共に小さく抑えることができるので、ピオニオンギヤ5の軸(モータシャフト3)と中間減速ギヤ6の軸(ギヤシャフト8)との軸間ピッチのばらつきを抑えることができ、あるいは中間減速ギヤ6の軸(ギヤシャフト8)と出力ギヤ7の軸(バルブシャフト19)との軸間ピッチのばらつきを抑えることができる。これによって、ピオニオンギヤ5と中間減速ギヤ6の大径ギヤとの噛み合い精度、あるいは中間減速ギヤ6の小径ギヤと出力ギヤ7との噛み合い精度を向上させることができるので、モータアクチュエータ1の性能、つまり歯車減速機構4の動力伝達効率を向上することができる。
また、エンジンルーム温度変化可能範囲中においてエンジンルーム温度が高温領域および低温領域いずれの場合も、中間減速ギヤ6とピニオンギヤ5または出力ギヤ7との噛み合い精度を向上させることができるので、バックラッシュが少なくなり、モータアクチュエータ1の作動時の負荷変動によって生起する歯打ち音(ギヤの作動音)を低減することが可能となる。また、2種類の第1、第2摺動部の各クリアランス量を共に小さく抑えることができるので、異物等が2つの第1、第2クリアランス61、62のいずれに対しても噛み込み難く、中間減速ギヤ6がロックし難くなり、バルブロックも防止することができる。
したがって、中間減速ギヤ6の軸受構造に対する信頼性を向上することが可能となる。さらに、中間減速ギヤ6とピニオンギヤ5または出力ギヤ7との噛み合い精度を向上させることができるので、中間減速ギヤ6の小モジュール化(大径ギヤを構成する複数の凸状歯34のサイズの小径化および小径ギヤを構成する複数の凸状歯35のサイズの小径化)を実現することが可能で、且つ中間減速ギヤ6の強度を向上させることが可能となる。
上記の効果により、中間減速ギヤ6の小モジュール化、低作動音化、強度向上といった優れた効果を得ることができる。
ここで、本実施例の中間減速ギヤ6の軸受構造においては、図5のグラフに示したように、2種類の第1、第2摺動部の各クリアランス量(α、β)がエンジンルーム温度の変化に伴って逆方向に変化し、且つ2種類の第1、第2摺動部の各クリアランス量(α、β)が略同一のクリアランス量(クロスポイント)になるエンジンルーム温度が、エンジンルーム温度変化可能範囲(使用温度範囲)の略中心となるように設計(設定)されている。このように、クロスポイントをエンジンルーム温度変化可能範囲(使用温度範囲)の中心近傍に持ってくることにより、エンジンルーム温度の最高温度における2種類の第1、第2摺動部の各クリアランス量(α、β)を小さく設計(設定)することができ、また、エンジンルーム温度の最低温度における2種類の第1、第2摺動部の各クリアランス量(α、β)を小さく設計(設定)することができる。
なお、本実施例では、クロスポイントになるエンジンルーム温度(周囲温度環境)における2種類の第1、第2摺動部の各クリアランス量が0よりも大きくなるように、すなわち、2種類の第1、第2摺動部が共に回転摺動可能となるように設定されているが、略同一のクリアランス量(クロスポイント)になるエンジンルーム温度における2種類の第1、第2摺動部の各クリアランス量が共に0(ゼロ)になるように設計(設定)しても良い。この場合には、2種類の第1、第2摺動部の各クリアランス量が共にクロスポイントにおいて0(ゼロ)になるため、ギヤシャフト8に対して中間減速ギヤ6が回転摺動するために必要な第1クリアランス61、およびハウジング11(およびインテークマニホールド12)に対してギヤシャフト8が回転摺動するために必要な第2クリアランス62をエンジンルーム温度変化可能範囲(使用温度範囲)の全温度領域において確保しつつ、2種類の第1、第2摺動部の各クリアランス量を共に最小化することができる。特に、中間減速ギヤ6のギヤシャフト8等のように他のギヤの軸(ピニオンギヤ5のモータシャフト3、出力ギヤ7のバルブシャフト19)との軸間ピッチの精度が求められる軸受構造に対して有効な技術であり、歯車減速機構4を構成する各ギヤ間の噛み合い精度を向上させることができる。
ここで、本実施例では、中間減速ギヤ6、ハウジング11(およびインテークマニホールド12)の材質を熱可塑性樹脂とし、ギヤシャフト8の材質を鉄系金属とし、線膨張係数が(熱可塑性樹脂)>(鉄系金属)であることを利用して、中間減速ギヤ6の材質の線膨張係数(A)、ギヤシャフト8の材質の線膨張係数(B)、ハウジング11およびインテークマニホールド12の材質の線膨張係数(C)の関係が上記の数1の関係式を満たすように設計(設定)している。すなわち、本実施例では、ハウジング11およびインテークマニホールド12の材質の線膨張係数が共にCの一種の場合について説明したが、ハウジング11の材質の線膨張係数がC1、インテークマニホールド12の材質の線膨張係数がC2の2種であっても、下記の数2の関係式を満たすように設計(設定)すれば、本実施例の中間減速ギヤ6の軸受構造を採用することができ、同様な効果を達成することができる。
[数2]
A>Bで、B<C1で、且つB<C2
図6は本発明の実施例2を示したもので、図6は中間減速ギヤの軸受構造を示した図である。
本実施例の中間減速ギヤ6の円筒部31のシャフト貫通穴32を軸線方向に貫通するギヤシャフト8は、シャフト外径部50よりも軸線方向の両端側に2つの第1、第2突出部51、52をそれぞれ有している。これらの第1、第2突出部51、52は、シャフト外径部50と同様に断面円形状(円柱形状)で、中間減速ギヤ6の円筒部31の両側面から軸線方向の両側に突出して設けられており、シャフト外径部50と同一の外径を有している。
一方、2つの第1、第2ハウジング(ハウジング11およびインテークマニホールド12)は、所定の軸方向隙間(ギヤ収容室24)を隔てて対向して配置される2つの第1、第2側壁部41、42をそれぞれ有している。これらの第1、第2側壁部41、42は、内部に2つの第1、第2嵌合凹部45、46がそれぞれ形成された2つの第1、第2円筒部47、48をそれぞれ有している。2つの第1、第2嵌合凹部45、46は、ギヤシャフト8の軸線方向の両側に設けられた2つの第1、第2突出部51、52の外径よりも大きい内径を有している。2つの第1、第2嵌合凹部45、46のうちの一方の第1嵌合凹部45は、ギヤシャフト8の第1突出部51の外周に隙間嵌めにより嵌合している。また、2つの第1、第2嵌合凹部45、46のうちの他方の第2嵌合凹部46は、ギヤシャフト8の第2突出部52の外周に隙間嵌めにより嵌合している。
ここで、本実施例の歯車減速機構4のうちの中間減速ギヤ6は、1本のギヤシャフト8に対して少なくとも2種類の第1、第2摺動部(軸受摺動部)を有している。なお、本実施例では、第1摺動部が1ヶ所設けられ、第2摺動部が図示上下に2ヶ所設けられているので、実際には摺動部は3ヶ所設けられている。
2つの第1、第2摺動部のうちの一方の第1摺動部は、実施例1と同様に、中間減速ギヤ6の円筒部31の内径面(軸受面)と、ギヤシャフト8のシャフト外径部50の外径面(摺動面)との間に、ギヤシャフト8に対して中間減速ギヤ6が摺動回転可能となる第1クリアランス61を有している。また、2つの第1、第2摺動部のうちの他方の第2摺動部は、実施例1とは異なり、ギヤシャフト8の2つの第1、第2突出部51、52の外径面(摺動面)と、2つの第1、第2側壁部41、42の各第1、第2円筒部47、48の内径面(軸受面)との間に、ハウジング11(およびインテークマニホールド12)に対してギヤシャフト8が摺動回転可能となる第2クリアランス62を有している。
2つの第1、第2摺動部の各第1、第2クリアランス61、62は、中間減速ギヤ6の材質の線膨張係数(A)、ギヤシャフト8の材質の線膨張係数(B)、ハウジング11(およびインテークマニホールド12)の材質の線膨張係数(C)の違いを利用して、エンジンルーム温度変化可能範囲(使用温度範囲)中におけるエンジンルーム温度の変化に伴って、第1摺動部のクリアランス量と第2摺動部のクリアランス量とが互いに逆方向に変化するように設計(設定)されている。また、2つの第1、第2クリアランス61、62は、略同一のクリアランス量(クロスポイント)になるエンジンルーム温度が、エンジンルーム温度変化可能範囲(使用温度範囲)の略中心となるように設計(設定)されている。
そして、本実施例の中間減速ギヤ6の軸受構造においては、中間減速ギヤ6の材質の線膨張係数(A)、ギヤシャフト8の材質の線膨張係数(B)、ハウジング11およびインテークマニホールド12の材質の線膨張係数(C)の関係が下記の数3の関係式を満たすように設計(設定)すれば、実施例1と同様な、エンジンルーム温度変化可能範囲(使用温度範囲)中におけるエンジンルーム温度の変化に伴って、第1摺動部のクリアランス量と第2摺動部のクリアランス量とが互いに逆方向に変化する軸受構造の設計が可能となる。
[数3]
A>Bで、且つB>C
本実施例では、ハウジング11およびインテークマニホールド12の材質の線膨張係数が共にCの一種の場合について説明したが、ハウジング11の材質の線膨張係数がC1、インテークマニホールド12の材質の線膨張係数がC2の2種であっても、下記の数4の関係式を満たすように設計(設定)すれば、本実施例の中間減速ギヤ6の軸受構造を採用することができ、同様な効果を達成することができる。
[数4]
A>Bで、B>C1で、且つB>C2
図7は本発明の実施例3を示したもので、図7は吸気渦流発生装置の概略構成を示した図である。
本実施例の内燃機関用吸気制御装置は、エンジンの気筒毎の燃焼室内において燃料または混合気の燃焼を促進させるための横方向の吸気渦流(スワール流)を生成することが可能な吸気渦流発生装置を備えている。この吸気渦流発生装置は、エンジン本体のシリンダヘッドまたはインテークダクト(特にインテークマニホールド)に一体的に設けられたハウジング(バルブボデー)63、このバルブボデー63の内部(例えばエンジン本体の吸気ポートの内部またはインテークマニホールドの吸気通路の内部)において開閉自在に収容された吸気渦流制御弁と、この吸気渦流制御弁の弁体(以下吸気渦流制御バルブと言う)64を全開方向(または全閉方向)に付勢するコイルスプリング(バルブ付勢手段:図示せず)とを備えている。
また、吸気渦流制御バルブ64を閉弁駆動(または開弁駆動)するモータアクチュエータ1は、実施例1または実施例2に示されているように、電動モータ2および歯車減速機構4等によって構成されている。なお、モータアクチュエータ1の歯車減速機構4は、実施例1または実施例2に示したような中間減速ギヤ6の軸受構造を備えている。バルブボデー63の内部は、図示しない隔壁部によって第1吸気通路(第1空気流路、スワールポート)と第2吸気通路(第2空気流路、メインポート)65とに気密的に区画されている。スワールポートは、エンジン本体の吸気ポートまたはインテークマニホールドの吸気通路の中で一方側に設けられて、メインポート65が吸気渦流制御バルブ64によって閉鎖(全閉)されている時に、エンジンの各気筒毎の燃焼室内に吸気渦流を発生させる。また、メインポート65は、エンジン本体の吸気ポートまたはインテークマニホールドの吸気通路の中で他方側に設けられて、吸気渦流制御バルブ64によって開閉される。
吸気渦流制御バルブ64は、メインポート65の開度を制御してスワールポート内に積極的に空気流を流すことで、エンジンの各気筒毎の燃焼室内に吸気渦流(スワール流)を発生させるスワール流コントロールバルブである。この吸気渦流制御バルブ64は、歯車減速機構4の出力ギヤ7に結合する出力軸(図示せず)にジョイント(トルク伝達部品)71を介して駆動連結されるバルブ軸66を有し、このバルブ軸66と一体的に回転運動を行う回転型の移動体であって、メインポート65の開口面積(通路断面積)を、少なくともバルブ全開位置とバルブ全閉位置との2段階に切り替える空気流路開閉制御弁(空気渦流制御弁)の弁体を構成している。なお、バルブ軸66の軸線方向の両端部は、軸受け部品(例えばボールベアリング)67を介して、バルブボデー63の軸受け部に回転自在に軸支されている。
そして、歯車減速機構4の出力軸と吸気渦流制御バルブ64のバルブ軸66との間に装着されたジョイント71の外周部には、回転角度規制部材72が一体的に設けられている。この回転角度規制部材72の外周部には、吸気渦流制御バルブ64がバルブ全閉位置まで閉じた際に、全閉側メカニカルストッパ(全閉バルブストッパ:図示せず)に直接的または間接的に当接して係止される全閉ストッパ部(図示せず)、および吸気渦流制御バルブ64がバルブ全開位置まで開いた際に、全開側メカニカルストッパ(全開バルブストッパ:図示せず)に直接的または間接的に当接して係止される全開ストッパ部(図示せず)が一体的に形成されている。そして、2つの全閉、全開バルブストッパは、バルブボデー63の外壁部に一体的に設けられる筒状壁部70の内周部に一体的に形成されている。
[変形例]
本実施例では、本発明のアクチュエータを、エンジン回転速度に対応してインテークマニホールド12の吸気通路の通路長を2段階に切り替える複数の吸気制御バルブ(移動体)21のバルブ開度(バルブ位置)を一括変更することが可能なバルブ駆動装置(モータアクチュエータ1)に適用しているが、本発明のアクチュエータを、エンジン回転速度に対応してインテークマニホールド12の吸気通路の通路断面積を2段階に切り替える複数の吸気制御バルブ(移動体)のバルブ開度(バルブ位置)を一括変更することが可能なバルブ駆動装置(モータアクチュエータ)に適用しても良い。
本実施例では、内燃機関用吸気流制御装置(吸気流発生装置、渦流発生装置)を、エンジンの各気筒の燃焼室内にて混合気の燃焼を促進させるための横方向の吸気渦流(スワール流)の生成が可能となるように構成したが、内燃機関用吸気流制御装置(吸気流発生装置、渦流発生装置)を、エンジンの各気筒の燃焼室内にて混合気の燃焼を促進させるための縦方向の吸気渦流(タンブル流)の生成が可能となるように構成しても良い。また、内燃機関用吸気流制御装置(吸気流発生装置、渦流発生装置)を、エンジンの燃焼を促進するためのスキッシュ渦の生成が可能となるように構成しても良い。
本実施例では、本発明のアクチュエータを、内燃機関の各気筒の燃焼室内に吸入される吸入空気を制御する内燃機関用吸気制御装置に組み込まれる吸気制御弁の弁体を開弁駆動(または閉弁駆動)するモータアクチュエータ1に適用しているが、本発明のアクチュエータを、内燃機関の各気筒の燃焼室内に吸入される吸入空気の流量を制御する内燃機関用吸気制御装置に組み込まれる空気流量制御弁の弁体を開弁駆動(または閉弁駆動)するアクチュエータに適用しても良い。この場合には、空気流量制御弁の弁体(移動体)として、アイドル回転速度制御バルブ、スロットルバルブ等を用いることができる。
また、本発明の移動体(回転体等のバルブ)を、エンジンの燃焼室内に吸入される吸入空気量を制御する吸気制御弁、エンジンの燃焼室内より排出される排気ガス量を制御する排気制御弁、スロットルバルブをバイパスする吸入空気量を制御するアイドル回転速度制御弁、エンジンの燃焼室内より排出される排気ガスの一部を排気通路から吸気通路に再循環させる排気ガス還流量を制御する排気ガス還流量制御弁(EGR制御弁)に適用しても良い。また、本発明の移動体(回転体等のバルブ)を、これらのようなバタフライバルブ方式の回転型バルブの他に、片開き式の回転型バルブ、ロータリー型のバルブ、ポペット型のバルブ、シャッター式のバルブ、一辺のみ支持されたドア型のバルブに適用しても良い。また、本発明のアクチュエータを、車両用空調装置の通路切替ドアや開閉ドア等の移動体を駆動するアクチュエータに適用しても良い。また、気体や液体等の流体を加圧して圧送する流体圧送機械(例えば送風機、圧縮機、ポンプ等)の回転体(ロータ)等の移動体を駆動するアクチュエータに適用しても良い。
本実施例では、中間減速ギヤ(動力伝達機構の回転体)6の材質の線膨張係数をA、ギヤシャフト(動力伝達機構の軸)8の材質の線膨張係数をB、ハウジング(第1ハウジング)11およびインテークマニホールド(第2ハウジング)12の材質の線膨張係数をCとしたとき、3つの線膨張係数の関係を、A>Bで、且つB<C(実施例1の場合)、あるいはA>Bで、且つB>C(実施例2の場合)となるように設定することで、2つの第1、第2摺動部の各クリアランス量が、例えばエンジンルーム温度の変化(上昇または下降)に応じて互いに逆方向に変化(増減)するように設定(設計)しているが、ギヤ(動力伝達機構の回転体)の材質およびハウジングの材質を金属とし、シャフト(動力伝達機構の軸)の材質を樹脂とすることで、3つの線膨張係数の関係を、A<Bで、且つB>C、あるいはA<Bで、且つB<Cとなるように設定することで、2つの第1、第2摺動部の各クリアランス量が、例えばエンジンルーム温度の変化(上昇または下降)に応じて互いに逆方向に変化(増減)するように設定(設計)しても良い。
また、ギヤ(動力伝達機構の回転体)の材質の線膨張係数をA、シャフト(動力伝達機構の軸)の材質の線膨張係数をB、ハウジングの材質の線膨張係数をCとしたとき、3つの線膨張係数の関係を、A<B<C、あるいはA>B>Cとなるように設定することで、2つの第1、第2摺動部の各クリアランス量が、例えばエンジンルーム温度の変化(上昇または下降)に応じて互いに逆方向に変化(増減)するように設定(設計)しても良い。 また、本実施例のモータアクチュエータ1の歯車減速機構4は、2段減速であるが、もちろん1段減速あるいは3段減速以上の歯車減速機構でも良い。また、動力伝達機構を、ベルト駆動により動力伝達されるロータ(回転体)によって構成しても良い。
中間減速ギヤの軸受構造を示した断面図である(実施例1)。 可変吸気装置の概略構成を示した概略図である(実施例1)。 インテークマニホールドを示した断面図である(実施例1)。 モータアクチュエータの概略構成を示した概略図である(実施例1)。 使用温度範囲に対する2つの第1、第2摺動部の各クリアランス量の変化を示したグラフである(実施例1)。 中間減速ギヤの軸受構造を示した断面図である(実施例2)。 吸気渦流発生装置の概略構成を示した概略図である(実施例3)。 モータアクチュエータの概略構成を示した概略図である(従来の技術)。 使用温度範囲に対する軸受クリアランスの変化を示したグラフである(従来の技術)。
符号の説明
1 モータアクチュエータ
2 電動モータ
3 電動モータのモータシャフト
4 歯車減速機構(動力伝達機構)
5 ピニオンギヤ(モータ側ギヤ)
6 中間減速ギヤ(動力伝達機構の回転体、中間ギヤ)
7 出力ギヤ(最終ギヤ)
8 ギヤシャフト(動力伝達機構の軸)
11 ハウジング(第1ハウジング)
12 インテークマニホールド(第2ハウジング)
13 インテークマニホールド
14 エンジン本体のシリンダヘッド
15 インテークマニホールドの第1吸気通路(空気流路)
16 インテークマニホールドの第2吸気通路(空気流路)
17 インテークマニホールドの吸気通路(空気流路)
19 バルブシャフト
21 吸気制御バルブ(移動体)
22 吸気制御バルブのバルブ軸
23 吸気制御バルブのシャフト貫通孔
24 ギヤ収容室(回転体収容室)
31 中間減速ギヤの円筒部(筒状部)
32 中間減速ギヤのシャフト貫通穴
41 ハウジングの第1側壁部
42 インテークマニホールドの第2側壁部
43 第1側壁部の第1嵌合凸部
44 第2側壁部の第2嵌合凸部
45 第1側壁部の第1嵌合凹部
46 第2側壁部の第2嵌合凹部
47 第1側壁部の第1円筒部
48 第2側壁部の第2円筒部
50 ギヤシャフトのシャフト外径部
51 ギヤシャフトの第1突出部
52 ギヤシャフトの第2突出部
53 ギヤシャフトの第1円筒部
54 ギヤシャフトの第2円筒部
55 第1円筒部の第1嵌合凹部
56 第2円筒部の第2嵌合凹部
61 第1摺動部のクリアランス
62 第2摺動部のクリアランス
64 吸気渦流制御バルブ(移動体)

Claims (15)

  1. (a)動力源の駆動力を移動体に伝達する動力伝達機構と、
    (b)内部に前記動力伝達機構を収容するハウジングと
    を備えたアクチュエータにおいて、
    前記動力伝達機構は、軸線方向に延びる1つの軸、この軸の周囲を取り囲むように配設されて、前記ハウジングに対して相対回転する回転体、および前記軸に対して少なくとも2つの第1、第2摺動部を有し、
    前記2つの第1、第2摺動部は、前記回転体と前記軸との間、および前記軸と前記ハウジングとの間に2つの第1、第2クリアランスを有し、
    前記2つの第1、第2クリアランスは、温度変化に応じて互いに逆方向に変化するように設定されていることを特徴とするアクチュエータ。
  2. 請求項1に記載のアクチュエータにおいて、
    前記2つの第1、第2クリアランスは、略同一のクリアランス量になる温度が、使用する温度環境範囲の略中心となるように設定されていることを特徴とするアクチュエータ。
  3. 請求項1または請求項2に記載のアクチュエータにおいて、
    前記2つの第1、第2クリアランスは、略同一のクリアランス量になる温度における、前記2つの第1、第2摺動部の各クリアランス量が、ゼロになるように設定されていることを特徴とするアクチュエータ。
  4. 請求項1ないし請求項3のうちのいずれか1つに記載のアクチュエータにおいて、
    前記2つの第1、第2クリアランスは、前記回転体の材質および前記ハウジングの材質に対して前記軸の材質を異ならせることで達成することを特徴とするアクチュエータ。
  5. 請求項1ないし請求項4のうちのいずれか1つに記載のアクチュエータにおいて、
    前記回転体は、内部に貫通穴が形成された筒状部を有し、
    前記ハウジングは、前記回転体の側面に所定の隙間を隔てて対向して配置されて、前記回転体の側面に向けて突出した嵌合凸部を有し、
    前記軸は、前記貫通穴の内周に嵌合する外径部、前記回転体の側面から軸線方向の一端側に突出した突出部、およびこの突出部に設けられて、前記嵌合凸部の外周に嵌合する嵌合凹部を有し、
    前記第1摺動部は、前記回転体の筒状部と前記軸の外径部との摺動部であって、前記回転体の筒状部の内径面と前記軸の外径部の外径面との間の筒状隙間が前記第1クリアランスを成し、
    前記第2摺動部は、前記軸の嵌合凹部と前記ハウジングの嵌合凸部との摺動部であって、前記軸の嵌合凹部の内径面と前記ハウジングの嵌合凸部の外径面との間の筒状隙間が前記第2クリアランスを成すことを特徴とするアクチュエータ。
  6. 請求項5に記載のアクチュエータにおいて、
    前記回転体の材質の線膨張係数をA、
    前記軸の材質の線膨張係数をB、
    前記ハウジングの材質の線膨張係数をCとしたとき、
    A>Bで、且つB<Cの関係を満足することを特徴とするアクチュエータ。
  7. 請求項1ないし請求項4のうちのいずれか1つに記載のアクチュエータにおいて、
    前記回転体は、内部に貫通穴が形成された筒状部を有し、
    前記ハウジングは、前記回転体の両側面に所定の隙間を隔てて対向して配置されて、前記回転体の両側面に向けて突出した2つの第1、第2嵌合凸部を有し、
    前記軸は、前記貫通穴の内周に嵌合する外径部、前記回転体の両側面から軸線方向の両側に突出した2つの第1、第2突出部、およびこれらの第1、第2突出部にそれぞれ設けられて、前記2つの第1、第2嵌合凸部の外周にそれぞれ嵌合する2つの第1、第2嵌合凹部を有し、
    前記第1摺動部は、前記回転体の筒状部と前記軸の外径部との摺動部であって、前記回転体の筒状部の内径面と前記軸の外径部の外径面との間の筒状隙間が前記第1クリアランスを成し、
    前記第2摺動部は、前記軸の2つの第1、第2嵌合凹部と前記ハウジングの2つの第1、第2嵌合凸部との摺動部であって、前記軸の2つの第1、第2嵌合凹部の内径面と前記ハウジングの2つの第1、第2嵌合凸部の外径面との間の筒状隙間が前記第2クリアランスを成すことを特徴とするアクチュエータ。
  8. 請求項7に記載のアクチュエータにおいて、
    前記回転体の材質の線膨張係数をA、
    前記軸の材質の線膨張係数をB、
    前記2つの第1、第2嵌合凸部の材質の線膨張係数をそれぞれC1、C2としたとき、 A>Bで、B<C1で、且つB<C2
    の関係を満足することを特徴とするアクチュエータ。
  9. 請求項1ないし請求項4のうちのいずれか1つに記載のアクチュエータにおいて、
    前記回転体は、内部に貫通穴が形成された筒状部を有し、
    前記ハウジングは、前記回転体の側面に所定の隙間を隔てて対向して配置されて、内部に嵌合凹部が形成された円筒部を有し、
    前記軸は、前記貫通穴の内周に嵌合する外径部、および前記回転体の側面から軸線方向の一端側に突出し、前記嵌合凹部に嵌合する突出部を有し、
    前記第1摺動部は、前記回転体の筒状部と前記軸の外径部との摺動部であって、前記回転体の筒状部の内径面と前記軸の外径部の外径面との間の筒状隙間が前記第1クリアランスを成し、
    前記第2摺動部は、前記軸の突出部と前記ハウジングの嵌合凹部との摺動部であって、前記軸の突出部の外径面と前記ハウジングの嵌合凹部の内径面との間の筒状隙間が前記第2クリアランスを成すことを特徴とするアクチュエータ。
  10. 請求項9に記載のアクチュエータにおいて、
    前記回転体の材質の線膨張係数をA、
    前記軸の材質の線膨張係数をB、
    前記ハウジングの材質の線膨張係数をCとしたとき、
    A>Bで、且つB>Cの関係を満足することを特徴とするアクチュエータ。
  11. 請求項1ないし請求項4のうちのいずれか1つに記載のアクチュエータにおいて、
    前記回転体は、内部に貫通穴が形成された筒状部を有し、
    前記ハウジングは、前記回転体の両側面に所定の隙間を隔てて対向して配置されて、内部に2つの第1、第2嵌合凹部がそれぞれ形成された2つの第1、第2円筒部を有し、
    前記軸は、前記貫通穴の内周に嵌合する外径部、前記回転体の両側面から軸線方向の両側に突出し、前記2つの第1、第2嵌合凹部にそれぞれ嵌合する2つの第1、第2突出部を有し、
    前記第1摺動部は、前記回転体の筒状部と前記軸の外径部との摺動部であって、前記回転体の筒状部の内径面と前記軸の外径部の外径面との間の筒状隙間が前記第1クリアランスを成し、
    前記第2摺動部は、前記軸の2つの第1、第2突出部と前記ハウジングの2つの第1、第2嵌合凹部との摺動部であって、前記軸の2つの第1、第2突出部の外径面と前記ハウジングの2つの第1、第2嵌合凹部の内径面との間の筒状隙間が前記第2クリアランスを成すことを特徴とするアクチュエータ。
  12. 請求項11に記載のアクチュエータにおいて、
    前記回転体の材質の線膨張係数をA、
    前記軸の材質の線膨張係数をB、
    前記2つの第1、第2円筒部の材質の線膨張係数をそれぞれC1、C2としたとき、
    A>Bで、B>C1で、且つB>C2
    の関係を満足することを特徴とするアクチュエータ。
  13. 請求項1ないし請求項12のうちのいずれか1つに記載のアクチュエータにおいて、
    前記回転体は、前記動力伝達機構の動力伝達経路上に配設された複数のギヤのうちの中間ギヤを構成していることを特徴とするアクチュエータ。
  14. 請求項1ないし請求項13のうちのいずれか1つに記載のアクチュエータにおいて、
    内燃機関の燃焼室に連通する吸気通路を形成するインテークダクトを備え、
    前記移動体は、前記吸気通路の通路断面積を変更することで、前記吸気通路から前記燃焼室内に流入する吸入空気量を制御する空気流量制御弁の弁体であることを特徴とするアクチュエータ。
  15. 請求項1ないし請求項13のうちのいずれか1つに記載のアクチュエータにおいて、
    内燃機関の燃焼室に連通する吸気通路を形成するインテークダクトを備え、
    前記移動体は、前記吸気通路の通路長または通路断面積を2段階に切り替えることで、前記吸気通路から前記燃焼室内に流入する吸入空気を制御する吸気制御弁の弁体であることを特徴とするアクチュエータ。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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JP2020112178A (ja) * 2019-01-09 2020-07-27 株式会社デンソー アクチュエータ

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