JP2012246949A - 歯車サブアセンブリおよび排気ガス還流装置 - Google Patents

歯車サブアセンブリおよび排気ガス還流装置 Download PDF

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Abstract

【課題】減速機の一部を構成する歯車と、リンク機構の一部を構成するカムとを一体化した歯車サブアセンブリにおいて軽量化を達成する。
【解決手段】サブアセンブリ１によれば、歯車３は、回転軸３０との締結に利用される金属製のプレート４６、およびカム５との締結に利用される金属製のナット４７をインサート部品とする樹脂成形により設けられている。これにより、歯車３において高い強度を必要とする部分を金属製とし、さほど高い強度を必要としない部分を樹脂製とすることで、歯車３全体を金属製とする場合に比べて歯車３を軽量化することができる。このため、減速機２の一部を構成する歯車３と、リンク機構の一部を構成するカム５とを一体化したサブアセンブリ１において軽量化を達成することができる。
【選択図】図３

Description

本発明は、主に、減速機の一部を構成する歯車と、リンク機構の一部を構成するカムとを一体化した歯車サブアセンブリに関する。
従来より、内燃機関から排気される排気ガスを吸入空気の通路に還流させる排気ガス還流装置（以下、ＥＧＲ装置と呼ぶ。）では、上記のような歯車サブアセンブリを一構成要素とするものが公知である（例えば、特許文献１参照。）。
また、内燃機関の吸排気装置は、排気ガスにより排気タービンを回転させるとともに排気タービンと同軸のコンプレッサにより吸入空気を圧縮するターボチャージャーを備えるものが周知である。そして、ターボチャージャーを備える吸排気装置において、ＥＧＲ装置は、主に、排気タービンよりも排気下流側の排気路と、コンプレッサよりも吸気上流側の吸気路とを連通する低圧ＥＧＲ通路を通じて排気ガスを吸気路に還流させる。
また、ＥＧＲ装置は、低圧ＥＧＲ通路の開度を可変して排気ガスの還流量を増減するＥＧＲ弁、ＥＧＲ弁を駆動するための出力を発生する電動機、電動機の出力を減速してＥＧＲ弁に伝達する減速機、吸気路において排気ガスの合流部よりも吸気上流側で吸入空気の流れを絞る吸気絞り弁、吸気絞り弁の動作をＥＧＲ弁の動作に連動させるリンク機構を有している。
そして、歯車サブアセンブリは、例えば、減速機の一部であってＥＧＲ弁の回転軸に締結される歯車と、リンク機構の一部であって吸気絞り弁のＥＧＲ弁に対する連動パターンを示すカムプロフィールを有するカムとが一体化されて構成され、ＥＧＲ装置の一構成要素となっている。
ところで、近年の車両に対する燃費低減の要請は極めて高く、このような燃費低減の要請に応じるため、歯車サブアセンブリに対しても軽量化の要請が高まっている。
特開２０１０−１９０１１６号公報
本発明は、上記の問題点を解決するためになされたものであり、その目的は、減速機の一部を構成する歯車と、リンク機構の一部を構成するカムとを一体化した歯車サブアセンブリにおいて軽量化を達成することにある。
〔請求項１の手段〕
請求項１の手段によれば、歯車サブアセンブリは、減速機の一部を構成するとともに、回転軸に締結されて回転軸を中心として回転する歯車と、歯車に締結されてリンク機構の一部を構成するカムとを備える。また、歯車は、回転軸との締結に利用される金属製の軸締結部、およびカムとの締結に利用される金属製のカム締結部をインサート部品とする樹脂成形により設けられている。
これにより、歯車サブアセンブリを構成する歯車において、高い強度を必要とする部分を金属製とし、さほど高い強度を必要としない部分を樹脂製とすることで、歯車全体を金属製とする場合に比べて歯車を軽量化することができる。このため、減速機の一部を構成する歯車と、リンク機構の一部を構成するカムとを一体化した歯車サブアセンブリにおいて軽量化を達成することができる。
〔請求項２の手段〕
請求項２の手段によれば、軸締結部とカム締結部とは、モールド樹脂を介することなく直接的に接触している。
これにより、モールド樹脂を介することなく、軸締結部からカムまで力を伝達することができるので、歯車サブアセンブリの信頼性を高めることができる。
〔請求項３の手段〕
請求項３の手段によれば、軸締結部とカム締結部とは一体物として設けられ、歯車は、一体物を１個のインサート部品として樹脂成形により設けられている。
これにより、歯車の成形用金型内にセットすべきインサート部品の数を、軸締結部とカム締結部とを別体としている場合に比べて低減することができる。このため、歯車サブアセンブリの製造コストを低減することができる。
〔請求項４〜６の手段〕
請求項４の手段によれば、一体物は、軸締結部およびカム締結部のいずれか一方を他方に圧入することで設けられている。
請求項５の手段によれば、一体物は１つの鋳物である。
請求項６の手段によれば、一体物は、板状の金属材料をプレス加工してバーリング穴を立てることで設けられ、軸締結部およびカム締結部は少なくとも一方が、バーリング穴を加工して設けられている。
〔請求項７の手段〕
請求項７の手段によれば、歯車サブアセンブリを用いた排気ガス還流装置は、内燃機関から排気される排気ガスにより排気タービンを回転させるとともに、排気タービンと同軸のコンプレッサにより内燃機関に吸入される吸入空気を圧縮するターボチャージャーを備える内燃機関の吸排気装置の一部を構成している。
また、排気ガス還流装置は、排気タービンよりも下流側の排気ガスの通路から、コンプレッサよりも上流側の吸入空気の通路に排気ガスの一部を還流させるためのＥＧＲ通路を開閉するＥＧＲ弁と、ＥＧＲ弁を駆動するための出力を発生する電動機と、吸入空気の通路においてＥＧＲ通路の接続部よりも上流側で吸入空気の流れを絞る吸気絞り弁とを備える。そして、減速機は電動機の出力を減速してＥＧＲ弁に伝達し、回転軸はＥＧＲ弁の回転中心であり、リンク機構は吸気絞り弁の動作をＥＧＲ弁の動作に連動させる。
この手段は、低圧ＥＧＲ通路を通じて排気ガスを吸気路に還流させるＥＧＲ装置に歯車サブアセンブリを利用するものであり、歯車サブアセンブリは、ＥＧＲ弁の回転軸に締結される歯車と、吸気絞り弁のＥＧＲ弁に対する連動パターンを示すカムプロフィールを有するカムとが一体化されたものである。
そして、このようなＥＧＲ弁および吸気絞り弁を備えるＥＧＲ装置では、ＥＧＲ弁および吸気絞り弁のそれぞれを電動機の出力による動作方向とは反対の方向に付勢する捩りバネ等の付勢手段が備わっており、これらの付勢手段はＥＧＲ弁や吸気絞り弁を強力に付勢する。このため、軸締結部には、ＥＧＲ弁を付勢する付勢手段から回転軸を介して強力な付勢力が伝達され、カム締結部には、吸気絞り弁を付勢する付勢手段からリンク機構を介して強力な付勢力が伝達される。
したがって、このようなＥＧＲ装置によれば、軸締結部およびカム締結部は、高い強度を必要とするものであり、金属製にしておく必要性が高いので、請求項１〜請求項６の効果を顕著に得ることができる。
内燃機関の吸排気装置の構成図である（実施例１）。 ＥＧＲ装置の構成図である（実施例１）。 （ａ）は歯車サブアセンブリの平面図であり、（ｂ）は（ａ）のＡ−Ａ断面図である（実施例１）。 歯車サブアセンブリの分解斜視図である（実施例１）。 （ａ）はプレートおよびナットの斜視図であり、（ｂ）は歯車の斜視図である（実施例１）。 （ａ）は歯車サブアセンブリの平面図であり、（ｂ）は（ａ）のＢ−Ｂ断面図である（実施例２）。 プレートおよびナットの一体物の斜視図である（実施例２）。 一体物の製造方法を示す説明図である（実施例２）。 一体物の製造方法を示す説明図である（変形例）。 一体物の製造方法を示す説明図である（変形例）。
実施形態１の歯車サブアセンブリは、減速機の一部を構成するとともに、回転軸に締結されて回転軸を中心として回転する歯車と、歯車に締結されてリンク機構の一部を構成するカムとを備える。また、歯車は、回転軸との締結に利用される金属製の軸締結部、およびカムとの締結に利用される金属製のカム締結部をインサート部品とする樹脂成形により設けられている。
ここで、歯車サブアセンブリを用いた排気ガス還流装置は、内燃機関から排気される排気ガスにより排気タービンを回転させるとともに、排気タービンと同軸のコンプレッサにより内燃機関に吸入される吸入空気を圧縮するターボチャージャーを備える内燃機関の吸排気装置の一部を構成している。
また、排気ガス還流装置は、排気タービンよりも下流側の排気ガスの通路から、コンプレッサよりも上流側の吸入空気の通路に排気ガスの一部を還流させるためのＥＧＲ通路を開閉するＥＧＲ弁と、ＥＧＲ弁を駆動するための出力を発生する電動機と、吸入空気の通路においてＥＧＲ通路の接続部よりも上流側で吸入空気の流れを絞る吸気絞り弁とを備える。そして、減速機は電動機の出力を減速してＥＧＲ弁に伝達し、回転軸はＥＧＲ弁の回転中心であり、リンク機構は吸気絞り弁の動作をＥＧＲ弁の動作に連動させる。
実施形態２の歯車サブアセンブリによれば、軸締結部とカム締結部とは、モールド樹脂を介することなく直接的に接触している。また、軸締結部とカム締結部とは一体物として設けられ、歯車は、一体物を１個のインサート部品として樹脂成形により設けられている。そして、一体物は、軸締結部およびカム締結部のいずれか一方を他方に圧入することで設けられている。
〔実施例１の構成〕
実施例１の歯車サブアセンブリ（以下、サブアセンブリと呼ぶ。）１を、図１〜図５に基づき説明する。
サブアセンブリ１は、減速機２の一部を構成する歯車３と、歯車３に締結されてリンク機構４の一部を構成するカム５とを一体化したものであり、例えば、内燃機関６から排気される排気ガスを吸気路７に還流させる排気ガス還流装置（以下、ＥＧＲ装置と呼ぶ。）８の一構成要素となっている。
また、ＥＧＲ装置８は、内燃機関６の吸排気装置１０の一部を構成しており、例えば、低圧ＥＧＲ通路１１により排気ガスを吸気路７に還流させる低圧ＥＧＲ装置１２と、高圧ＥＧＲ通路１３により排気ガスを吸気路７に還流させる高圧ＥＧＲ装置１４とからなるものである。
すなわち、吸排気装置１０は、排気ガスにより排気タービン１６を回転させるとともに排気タービン１６と同軸のコンプレッサ１７により吸入空気を圧縮するターボチャージャー１８を備える。そして、低圧ＥＧＲ装置１２は、排気タービン１６よりも排気下流側の排気路１９と、コンプレッサ１７よりも吸気上流側の吸気路７とを連通する低圧ＥＧＲ通路１１を通じて排気ガスを吸気路７に還流させるものであり、高圧ＥＧＲ装置１４は、排気タービン１６よりも排気上流側の排気路１９と、スロットル装置２０よりも吸気下流側の吸気路７とを連通する高圧ＥＧＲ通路１３を通じて排気ガスを吸気路７に還流させるものである。
なお、吸排気装置１０は、ＥＧＲ装置８およびターボチャージャー１８以外に、例えば、周知のエアクリーナ２１、インタークーラ２２、ＤＰＦ２３等を備えるものである。
また、吸排気装置１０は、所定の電子制御ユニット（図示せず：以下、ＥＣＵと呼ぶ。）を有し、ＥＣＵは、低圧、高圧ＥＧＲ装置１２、１４が備える機器等を動作制御することで、内燃機関６の運転状態に応じた吸排気を実現させている。
低圧ＥＧＲ装置１２は、低圧ＥＧＲ通路１１の開度を可変して排気ガスの還流量を増減する低圧ＥＧＲ弁２５、低圧ＥＧＲ弁２５を駆動するための出力を発生する電動機２６、電動機２６の出力を減速して低圧ＥＧＲ弁２５に伝達する減速機２、吸気路７において低圧ＥＧＲ通路１１の接続部よりも吸気上流側で吸入空気の流れを絞る吸気絞り弁２７、吸気絞り弁２７の動作を低圧ＥＧＲ弁２５の動作に連動させるリンク機構４、低圧ＥＧＲ弁２５の排気上流側で排気ガスを冷却する低圧ＥＧＲクーラ２８を備える。
ここで、減速機２は、低圧ＥＧＲ弁２５の回転軸３０に締結されて回転軸３０を中心として回転する大径の歯車３、電動機２６の出力軸に締結される小径の歯車３１、歯車３１の歯とかみ合う大径歯と歯車３の歯とかみ合う小径歯とが同軸に設けられた中間歯車３２を有するものである。
また、吸気絞り弁２７は、吸気路７を絞って排気路１９と吸気路７との差圧を拡大することで、低圧ＥＧＲ通路１１を経由する排気ガスの還流を促進するものである。
また、リンク機構４は、低圧ＥＧＲ弁２５のアクチュエータとしての電動機２６の出力を吸気絞り弁２７に伝達し、電動機２６の出力により吸気絞り弁２７を回転させるものであり、吸気絞り弁２７のアクチュエータを省いて低圧ＥＧＲ装置１２のコストダウンを達成するものである。
ここで、リンク機構４は、低圧ＥＧＲ弁２５や歯車３と同軸に組み込まれて電動機２６の出力により回転する駆動側部材としてのカム５と、吸気絞り弁２７と同軸に組み込まれてカム５から電動機２６の出力を伝達されて回転する従動側部材としてのリンクレバー３４とを有する。また、カム５は、吸気絞り弁２７の低圧ＥＧＲ弁２５に対する連動パターンを示すカムプロフィール３５を有し、リンクレバー３４は、カムプロフィール３５に当接してカム５から電動機２６の出力を伝達される従動ピン３６を有し、従動ピン３６を介して伝達された出力によって回転することで吸気絞り弁２７を回転させる。
そして、リンク機構４による低圧ＥＧＲ弁２５と吸気絞り弁２７との連動関係は、低圧ＥＧＲ弁２５が開側（低圧ＥＧＲ通路１１を開く方向）に回転するときに吸気絞り弁２７が閉側（吸気路７を閉じる方向）に回転するものである。
また、歯車３は、捩りバネ３７によって低圧ＥＧＲ弁２５を閉側に回転する方向に付勢されており、リンクレバー３４は、捩りバネ３８によって吸気絞り弁２７を開側に回転する方向に付勢されている。そして、電動機２６の出力は、減速機２を介して低圧ＥＧＲ弁２５に伝達され、捩りバネ３７による付勢力に抗して低圧ＥＧＲ弁２５を開側に回転させる。また、電動機２６の出力は、減速機２およびリンク機構４を介して吸気絞り弁２７に伝達され、捩りバネ３８による付勢力に抗して吸気絞り弁２７を閉側に回転させる。
なお、高圧ＥＧＲ装置１４は、例えば、高圧ＥＧＲ通路１３の開度を可変して排気ガスの還流量を増減する高圧ＥＧＲ弁４０、高圧ＥＧＲ弁４０の排気上流側で排気ガスを冷却する高圧ＥＧＲクーラ４１、高圧ＥＧＲクーラ４１を迂回して排気ガスを吸気路７に導くクーラバイパス４２、高圧ＥＧＲクーラ４１とクーラバイパス４２との間で排気ガスの還流路を切り替える切替弁４３を備えるものである。
次に、サブアセンブリ１について、主に図３〜図５を用いて説明する。
サブアセンブリ１は、減速機２の一部を構成する歯車３と、リンク機構４の一部を構成するカム５とをネジ４５による締結によって一体化したものである。
歯車３は、回転軸３０との締結に利用される金属製のプレート４６、およびカム５とのネジ締結に利用される金属製のナット４７をインサート部品とする樹脂成形により設けられている。また、プレート４６には、回転軸３０の一端部４８が嵌まる嵌合穴４９が設けられており、回転軸３０とプレート４６とは、一端部４８が嵌合穴４９に嵌まることで締結される。
なお、歯車３の内周には、永久磁石５０が装着されており、永久磁石５０は、低圧ＥＧＲ弁２５の回転角を検出する回転角センサの一部を構成する。
〔実施例１の効果〕
実施例１のサブアセンブリ１は、減速機２の一部を構成する歯車３と、歯車３に締結されてリンク機構４の一部を構成するカム５とを備える。また、歯車３は、回転軸３０との締結に利用される金属製のプレート４６、およびカム５との締結に利用される金属製のナット４７をインサート部品とする樹脂成形により設けられている。
これにより、サブアセンブリ１を構成する歯車３において、高い強度を必要とする部分を金属製とし、さほど高い強度を必要としない部分を樹脂製とすることで、歯車３全体を金属製とする場合に比べて歯車３を軽量化することができる。このため、減速機２の一部を構成する歯車３と、リンク機構４の一部を構成するカム５とを一体化したサブアセンブリ１において軽量化を達成することができる。
また、サブアセンブリ１は、内燃機関６の吸排気装置１０の内、吸気絞り弁２７を備える低圧ＥＧＲ装置１２に適用され、歯車３は、電動機２６の出力を減速して低圧ＥＧＲ弁２５に伝達する減速機２の一部を構成し、カム５は、吸気絞り弁２７の動作を低圧ＥＧＲ弁２５の動作に連動させるリンク機構４の一部を構成する。
そして、吸気絞り弁２７を備える低圧ＥＧＲ装置１２には、低圧ＥＧＲ弁２５および吸気絞り弁２７のそれぞれを電動機２６の出力による動作方向とは反対の方向に付勢する捩りバネ３７、３８が備わっており、捩りバネ３７、３８は、それぞれ低圧ＥＧＲ弁２５、吸気絞り弁２７を強力に付勢する。このため、プレート４６には、捩りバネ３７の強力な付勢力が回転軸３０を介して伝達され、ナット４７には、捩りバネ３８の強力な付勢力がリンク機構４を介して伝達される。
したがって、このような低圧ＥＧＲ装置１２によれば、プレート４６およびナット４７は、高い強度を必要とするものであり、金属製にしておく必要性が高い。このため、歯車３においてプレート４６およびナット４７のみを金属製として強度を高めることは、サブアセンブリ１において軽量化を達成する上で極めて有効な手法である。
〔実施例２〕
実施例２のサブアセンブリ１によれば、図６および図７に示すように、プレート４６とナット４７とは一体物５２として設けられ、歯車３は、一体物５２を１個のインサート部品として樹脂成形により設けられている。また、一体物５２は、図８に示すように、プレート４６に圧入用の穴５３を設けるとともにプレート４６にナット４７を圧入することで設けられている。
これにより、プレート４６とナット４７とは、モールド樹脂を介することなく直接的に接触する。このため、モールド樹脂を介することなく、プレート４６からカム５まで力を伝達することができるので、サブアセンブリ１の信頼性を高めることができる。
また、歯車３は、一体物５２を１個のインサート部品として樹脂成形により設けられている。
これにより、歯車３の成形用金型内にセットすべきインサート部品の数を、プレート４６とナット４７とを別体としている場合に比べて低減することができる。このため、サブアセンブリ１の製造コストを低減することができる。
〔変形例〕
サブアセンブリ１の態様は、実施例に限定されず種々の変形例を考えることができる。
例えば、実施例２のサブアセンブリ１によれば、プレート４６に圧入用の穴５３を設けてプレート４６にナット４７を圧入することで一体物５２を設けていたが、ナット４７に圧入用の穴５３を設けるとともにプレート４６に圧入用の突起を設け、ナット４７にプレート４６を圧入することで一体物５２を設けてもよい。
また、一体物５２を１つの鋳物として設けてもよく（図９参照）、板状の金属材料をプレス加工してバーリング穴を立て、バーリング穴を加工することでナット４７のネジ穴に相当する部分を設けてもよい（図１０参照）。
また、プレート４６とナット４７とを一体物５２として設けるのではなく、歯車３の内部でプレート４６とナット４７とが直接的に接触するように歯車３を樹脂成形してもよい。この場合、歯車３の樹脂成形においてインサート部品の数は、一体物５２をインサート部品とする場合に比べて増加するものの、歯車３の内部でプレート４６とナット４７とが直接的に接触しているので、モールド樹脂を介することなく、プレート４６からカム５まで力を伝達することができる。このため、サブアセンブリ１の信頼性を高めることができる。
さらに、実施例のサブアセンブリ１は、内燃機関６の吸排気装置１０の内、吸気絞り弁２７を備える低圧ＥＧＲ装置１２に適用され、歯車３は、電動機２６の出力を減速して低圧ＥＧＲ弁２５に伝達する減速機２の一部を構成し、カム５は、吸気絞り弁２７の動作を低圧ＥＧＲ弁２５の動作に連動させるリンク機構４の一部を構成していたが、他の用途にサブアセンブリ１を適用してもよい。
１ サブアセンブリ（歯車サブアセンブリ）
２ 減速機
３ 歯車
４ リンク機構
５ カム
６ 内燃機関
７ 吸気路（吸入空気の通路）
８ ＥＧＲ装置（排気ガス還流装置）
１０ 吸排気装置
１１ 低圧ＥＧＲ通路（ＥＧＲ通路）
１６ 排気タービン
１７ コンプレッサ
１８ ターボチャージャー
１９ 排気路（排気ガスの通路）
２５ 低圧ＥＧＲ弁（ＥＧＲ弁）
２６ 電動機
２７ 吸気絞り弁
３０ 回転軸
４６ プレート（軸締結部）
４７ ナット（カム締結部）
５２ 一体物

Claims (7)

  1. 減速機の一部を構成するとともに、回転軸に締結されてこの回転軸を中心として回転する歯車と、
    この歯車に締結されてリンク機構の一部を構成するカムとを備え、
    前記歯車は、前記回転軸との締結に利用される金属製の軸締結部、および前記カムとの締結に利用される金属製のカム締結部をインサート部品とする樹脂成形により設けられていることを特徴とする歯車サブアセンブリ。
  2. 請求項１に記載の歯車サブアセンブリにおいて、
    前記軸締結部と前記カム締結部とは、モールド樹脂を介することなく直接的に接触していることを特徴とする歯車サブアセンブリ。
  3. 請求項１または請求項２に記載の歯車サブアセンブリにおいて、
    前記軸締結部と前記カム締結部とは一体物として設けられ、
    前記歯車は、前記一体物を１個のインサート部品として樹脂成形により設けられていることを特徴とする歯車サブアセンブリ。
  4. 請求項３に記載の歯車サブアセンブリにおいて、
    前記一体物は、前記軸締結部および前記カム締結部のいずれか一方を他方に圧入することで設けられていることを特徴とする歯車サブアセンブリ。
  5. 請求項３に記載の歯車サブアセンブリにおいて、
    前記一体物は、１つの鋳物であることを特徴とする歯車サブアセンブリ。
  6. 請求項３に記載の歯車サブアセンブリにおいて、
    前記一体物は、板状の金属材料をプレス加工してバーリング穴を立てることで設けられ、
    前記軸締結部および前記カム締結部は少なくとも一方が、前記バーリング穴を加工して設けられていることを特徴とする歯車サブアセンブリ。
  7. 請求項１ないし請求項６の内のいずれか１つに記載の歯車サブアセンブリを用いた排気ガス還流装置であって、
    内燃機関から排気される排気ガスにより排気タービンを回転させるとともに、この排気タービンと同軸のコンプレッサにより前記内燃機関に吸入される吸入空気を圧縮するターボチャージャーを備える前記内燃機関の吸排気装置の一部を構成しており、
    前記排気タービンよりも下流側の前記排気ガスの通路から、前記コンプレッサよりも上流側の前記吸入空気の通路に前記排気ガスの一部を還流させるためのＥＧＲ通路を開閉するＥＧＲ弁と、
    前記ＥＧＲ弁を駆動するための出力を発生する電動機と、
    前記吸入空気の通路において前記ＥＧＲ通路の接続部よりも上流側で前記吸入空気の流れを絞る吸気絞り弁とを備え、
    前記減速機は前記電動機の出力を減速して前記ＥＧＲ弁に伝達し、
    前記回転軸は前記ＥＧＲ弁の回転中心であり、
    前記リンク機構は前記吸気絞り弁の動作を前記ＥＧＲ弁の動作に連動させることを特徴とする排気ガス還流装置。
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