JP2013256885A - バルブ駆動装置、およびその組付方法 - Google Patents
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Abstract
【課題】 従来の装置は、モータの突き出し寸法が大きいという課題があった。
【解決手段】 本実施例のEGR制御弁においては、減速機構の出力ギア15を、ポペットバルブのバルブステム2に対して所定の軸方向距離だけ離れた位置で、且つ出力ギア軸の外周にプレートカム5と分離して固定することにより、バルブステム2の中心線よりも一方側(減速機構側、出力ギア15側)にモータMのフロントブラケット49が位置し、また、バルブステム2の中心線よりも他方側(減速機構側、出力ギア15側に対して反対側)にモータMのベアリングホルダ58が位置することになる。これによって、従来のバルブ駆動装置と比べて、モータMの突き出し寸法(L)を小さくすることができる。この結果、バルブ駆動装置全体の体格の小型化を図ることができるので、自動車等の車両のエンジンルーム内における搭載スペースを容易に確保することができる。
【選択図】 図3
【解決手段】 本実施例のEGR制御弁においては、減速機構の出力ギア15を、ポペットバルブのバルブステム2に対して所定の軸方向距離だけ離れた位置で、且つ出力ギア軸の外周にプレートカム5と分離して固定することにより、バルブステム2の中心線よりも一方側(減速機構側、出力ギア15側)にモータMのフロントブラケット49が位置し、また、バルブステム2の中心線よりも他方側(減速機構側、出力ギア15側に対して反対側)にモータMのベアリングホルダ58が位置することになる。これによって、従来のバルブ駆動装置と比べて、モータMの突き出し寸法(L)を小さくすることができる。この結果、バルブ駆動装置全体の体格の小型化を図ることができるので、自動車等の車両のエンジンルーム内における搭載スペースを容易に確保することができる。
【選択図】 図3
Description
本発明は、ポペットバルブのバルブステムをその軸線方向に往復移動させるバルブ駆動装置、およびその組付方法に関するものである。
[従来の技術]
従来より、ポペットバルブのバルブステムをその軸線方向に往復移動させるバルブ駆動装置が提案されている(例えば、特許文献1参照)。
このバルブ駆動装置は、動力源であるモータ、このモータの回転を2段減速する減速機構、およびポペットバルブを開弁位置から全閉位置へ戻す方向に付勢する弾性力を発生するトーションスプリングを有するアクチュエータを備えている。
減速機構は、モータの回転軸に固定されたピニオンギアと、このピニオンギアと噛み合って回転する中間ギアと、この中間ギアと噛み合って回転する出力ギアとを備えている。 出力ギアは、アクチュエータハウジングに設けられた出力ギア軸の周りを回転する。この出力ギアには、アクチュエータの回転運動をバルブステムの直線運動に変換するカムスロットが一体的に形成されている。このカムスロットは、ポペットバルブの動作パターンに対応した溝形状を備えている。
なお、モータの回転軸、中間ギア軸、出力ギア軸は、互いに平行となるように配置されている。つまり中間ギア軸および出力ギア軸は、モータの回転軸方向に互いにオーバーラップ配置されている。
従来より、ポペットバルブのバルブステムをその軸線方向に往復移動させるバルブ駆動装置が提案されている(例えば、特許文献1参照)。
このバルブ駆動装置は、動力源であるモータ、このモータの回転を2段減速する減速機構、およびポペットバルブを開弁位置から全閉位置へ戻す方向に付勢する弾性力を発生するトーションスプリングを有するアクチュエータを備えている。
減速機構は、モータの回転軸に固定されたピニオンギアと、このピニオンギアと噛み合って回転する中間ギアと、この中間ギアと噛み合って回転する出力ギアとを備えている。 出力ギアは、アクチュエータハウジングに設けられた出力ギア軸の周りを回転する。この出力ギアには、アクチュエータの回転運動をバルブステムの直線運動に変換するカムスロットが一体的に形成されている。このカムスロットは、ポペットバルブの動作パターンに対応した溝形状を備えている。
なお、モータの回転軸、中間ギア軸、出力ギア軸は、互いに平行となるように配置されている。つまり中間ギア軸および出力ギア軸は、モータの回転軸方向に互いにオーバーラップ配置されている。
出力ギアに形成されたカムスロットは、このカムスロット内に挿入されるピンによってバルブステムの軸線方向の一端に取り付けられたベアリングと結合している。また、バルブステムの軸線方向の他端には、ポペットバルブが結合されている。
アクチュエータハウジングには、バルブステムをその軸線方向にガイドする筒状のブッシングを保持する筒状のホルダを有するバルブボディが結合されている。
なお、トーションスプリングは、出力ギア軸の外周を取り囲むように配置されて、出力ギアに対して、ポペットバルブが全閉する側に回転するようにトルクを与えている。
ここで、従来のバルブ駆動装置は、出力ギアおよびカムスロットが回転することで、ベアリング、ピン、バルブステムおよびポペットバルブを、バルブステムの軸線方向に往復移動させて、バルブボディに設けられるバルブシートにポペットバルブを着座させたり、離間(リフト)させたりする。
アクチュエータハウジングには、バルブステムをその軸線方向にガイドする筒状のブッシングを保持する筒状のホルダを有するバルブボディが結合されている。
なお、トーションスプリングは、出力ギア軸の外周を取り囲むように配置されて、出力ギアに対して、ポペットバルブが全閉する側に回転するようにトルクを与えている。
ここで、従来のバルブ駆動装置は、出力ギアおよびカムスロットが回転することで、ベアリング、ピン、バルブステムおよびポペットバルブを、バルブステムの軸線方向に往復移動させて、バルブボディに設けられるバルブシートにポペットバルブを着座させたり、離間(リフト)させたりする。
[従来の技術の不具合]
ところが、従来のバルブ駆動装置においては、出力ギアにカムスロットが一体的に形成されているため、出力ギアがバルブステムの中心軸線近傍にしか配置できない。これにより、ポペットバルブやバルブステムの中心を通り、バルブステムの軸線方向に延びる中心線からアクチュエータハウジングのモータケースに設けられるモータエンドまでの突き出し量、つまりモータの突き出し寸法が大きくなる。
また、従来のバルブ駆動装置においては、トーションスプリングが出力ギアの周囲を線状に取り囲むように設置され、バルブステムのピンの外周に装着されたベアリングが、出力ギアに形成されたカムスロットの壁面に付勢されていない。また、ベアリングがカムスロットの壁面を容易に滑動するためには、ベアリングの外面とカムスロットの壁面との間に隙間が必要である。しかし、ポペットバルブの全開時(または開弁時)に、カムスロットの壁面とベアリングとが隙間内で振動することにより、バルブステムの軸線方向のガタツキが発生する。
ところが、従来のバルブ駆動装置においては、出力ギアにカムスロットが一体的に形成されているため、出力ギアがバルブステムの中心軸線近傍にしか配置できない。これにより、ポペットバルブやバルブステムの中心を通り、バルブステムの軸線方向に延びる中心線からアクチュエータハウジングのモータケースに設けられるモータエンドまでの突き出し量、つまりモータの突き出し寸法が大きくなる。
また、従来のバルブ駆動装置においては、トーションスプリングが出力ギアの周囲を線状に取り囲むように設置され、バルブステムのピンの外周に装着されたベアリングが、出力ギアに形成されたカムスロットの壁面に付勢されていない。また、ベアリングがカムスロットの壁面を容易に滑動するためには、ベアリングの外面とカムスロットの壁面との間に隙間が必要である。しかし、ポペットバルブの全開時(または開弁時)に、カムスロットの壁面とベアリングとが隙間内で振動することにより、バルブステムの軸線方向のガタツキが発生する。
本発明の目的は、モータの突き出し寸法を小さくすることのできるバルブ駆動装置を提供することにある。また、バルブのシャフトの軸線方向のガタツキの発生を抑制することのできるバルブ駆動装置、およびその組付方法を提供することにある。
請求項1に記載の発明(バルブ駆動装置)は、バルブを駆動する動力を発生するモータ、およびこのモータの回転を減速する減速機構を有するアクチュエータと、このアクチュエータの動力(減速機構の出力)を受けて回転するカムを有し、アクチュエータの回転運動をバルブの直線運動(シャフトの軸線方向の往復運動)に変換する変換機構とを備えている。
減速機構は、モータの回転が伝わる出力ギア、およびカムの回転角度を変更する出力軸を有している。また、減速機構の出力ギアは、バルブのシャフトに対して所定の距離だけ離れた位置で、且つ出力軸に変換機構のカムと分離して固定されている。
減速機構は、モータの回転が伝わる出力ギア、およびカムの回転角度を変更する出力軸を有している。また、減速機構の出力ギアは、バルブのシャフトに対して所定の距離だけ離れた位置で、且つ出力軸に変換機構のカムと分離して固定されている。
請求項1に記載の発明によれば、減速機構の出力ギアを、バルブのシャフトに対して所定の距離だけ離れた位置で、且つ減速機構の出力軸にカムと分離して固定することにより、カムの中心線よりも一方側(減速機構側、出力ギア側)にモータのフロントエンド部が位置し、また、カムの中心線よりも他方側(減速機構側、出力ギア側に対して反対側)にモータのリヤエンド部が位置することになる。
これによって、従来のバルブ駆動装置と比べて、モータの飛び出し寸法を小さくすることができる。この結果、バルブ駆動装置全体の体格の小型化を図ることができるので、搭載スペースを容易に確保することができる。また、モータの飛び出し寸法が小さくなるので、ハウジングの取付面(例えばバルブ駆動装置の取付部材(固定部材)に結合するフランジ面)からのモータの飛び出し量が減る。これにより、モータの耐振性を向上させることができる。
これによって、従来のバルブ駆動装置と比べて、モータの飛び出し寸法を小さくすることができる。この結果、バルブ駆動装置全体の体格の小型化を図ることができるので、搭載スペースを容易に確保することができる。また、モータの飛び出し寸法が小さくなるので、ハウジングの取付面(例えばバルブ駆動装置の取付部材(固定部材)に結合するフランジ面)からのモータの飛び出し量が減る。これにより、モータの耐振性を向上させることができる。
請求項3〜5に記載の発明によれば、バルブの動作パターンに対応した形状のカムスロットを有するカムを備えている。
シャフトは、カムスロットの各壁面に沿って案内される2つの第1、第2ベアリング、カムスロット内に移動可能に挿入されて、第1、第2ベアリングを介してカムからアクチュエータの動力を受ける2つの第1、第2支軸、カムスロットの各壁面に第1、第2ベアリングを押し付ける側に付勢する1つの付勢手段、および2つの第1、第2支軸がそれぞれ嵌合する2つの第1、第2嵌合孔を有している。
2つの第1、第2嵌合孔のうちの少なくとも一方の嵌合孔は、2つの第1、第2支軸のうちの少なくとも一方の支軸が、シャフトの軸線方向に移動可能なルーズ孔とされている。
これによって、各第1、第2ベアリングを1つの付勢手段の付勢力(反力)によりカムスロットの各壁面に突っ張らせることにより、シャフトの軸線方向のガタツキの発生を抑制することができる。
シャフトは、カムスロットの各壁面に沿って案内される2つの第1、第2ベアリング、カムスロット内に移動可能に挿入されて、第1、第2ベアリングを介してカムからアクチュエータの動力を受ける2つの第1、第2支軸、カムスロットの各壁面に第1、第2ベアリングを押し付ける側に付勢する1つの付勢手段、および2つの第1、第2支軸がそれぞれ嵌合する2つの第1、第2嵌合孔を有している。
2つの第1、第2嵌合孔のうちの少なくとも一方の嵌合孔は、2つの第1、第2支軸のうちの少なくとも一方の支軸が、シャフトの軸線方向に移動可能なルーズ孔とされている。
これによって、各第1、第2ベアリングを1つの付勢手段の付勢力(反力)によりカムスロットの各壁面に突っ張らせることにより、シャフトの軸線方向のガタツキの発生を抑制することができる。
請求項11に記載の発明によれば、ハウジングに、カムの回転可能範囲の限界位置を越えてカムを回転させた時に、バルブのシャフトとカムとが干渉しない逃げ空間を設けている。これにより、例えばバルブのシャフトをハウジングに組み付ける際に、カムが逃げ空間内に存在するようにカムの回転可能範囲の限界位置を越えてカムを回転させる。
そして、例えばバルブのシャフトとカムとを嵌合させる際(組み付ける際)に、カムの回転可能範囲の限界位置を越えたカム回転位置から、カムの回転可能範囲内にカムが存在するようにカムを回転させると、シャフトの各第1、第2対向部間(スリット内)にカムが挿入される。これにより、シャフトの各第1、第2対向部間(スリット内)に対するカムの組み付けが容易となる。
そして、例えばバルブのシャフトとカムとを嵌合させる際(組み付ける際)に、カムの回転可能範囲の限界位置を越えたカム回転位置から、カムの回転可能範囲内にカムが存在するようにカムを回転させると、シャフトの各第1、第2対向部間(スリット内)にカムが挿入される。これにより、シャフトの各第1、第2対向部間(スリット内)に対するカムの組み付けが容易となる。
請求項12に記載の発明(バルブ駆動装置の組付方法)は、減速機構およびカムをハウジングに組み付けて第1サブアッセンブリを形成する工程と、バルブおよびシャフトを組み立てて第2サブアッセンブリを形成する工程と、カムの回転可能範囲の限界位置を越えてカムを回転させた状態で、第1サブアッセンブリに第2サブアッセンブリを組み付ける工程と、次に、カムの回転可能範囲内にカムを回転させることで、シャフトの各第1、第2対向部間(スリット内)にカムを嵌合させて、第1サブアッセンブリに第2サブアッセンブリを組み付ける工程とを備えている。
請求項12に記載の発明によれば、カムとシャフトの各第1、第2対向部間(スリット)との組み付けが容易となる。
なお、後工程として、カムの回転可能範囲の限界位置を規制するストッパをハウジングに組み付ける工程を実施しても良い。この場合、バルブサブアッセンブリとカムサブアッセンブリとの組み付け後に、シャフトの各第1、第2対向部間(スリット内)からカムが外れるのを防止することができる。
なお、後工程として、カムの回転可能範囲の限界位置を規制するストッパをハウジングに組み付ける工程を実施しても良い。この場合、バルブサブアッセンブリとカムサブアッセンブリとの組み付け後に、シャフトの各第1、第2対向部間(スリット内)からカムが外れるのを防止することができる。
以下、本発明の実施の形態を、図面に基づいて詳細に説明する。
[実施例1の構成]
図1ないし図7は、本発明のバルブ駆動装置を適用したEGR制御弁(実施例1)を示したものである。
図1ないし図7は、本発明のバルブ駆動装置を適用したEGR制御弁(実施例1)を示したものである。
本実施例の内燃機関の排気装置は、例えば自動車等の車両に搭載される内燃機関(エンジン)の排気管から吸気管へ排気ガス(以下EGRガス)を再循環(還流)させる排気循環装置(以下EGRシステム)を備えている。
EGRシステムは、エキゾーストマニホールドまたは排気管内の排気通路からインテークマニホールドまたは吸気管内の吸気通路へEGRガスを還流させるEGRガスパイプを備えている。このEGRガスパイプ内には、排気通路から吸気通路へEGRガスを流入させるEGRガス流路が形成されている。
EGRシステムは、エキゾーストマニホールドまたは排気管内の排気通路からインテークマニホールドまたは吸気管内の吸気通路へEGRガスを還流させるEGRガスパイプを備えている。このEGRガスパイプ内には、排気通路から吸気通路へEGRガスを流入させるEGRガス流路が形成されている。
EGRガスパイプには、EGRガス流路を流れるEGRガスの流量をポペットバルブ1の開閉動作により制御するEGR制御弁が設置されている。
ここで、EGRシステムは、エンジンの運転状況に基づいてEGR制御弁の弁体であるポペットバルブ1を開閉制御するEGRバルブ制御装置(内燃機関のEGR制御装置)として使用される。このEGRバルブ制御装置は、EGR制御弁のアクチュエータを他のシステムと連動して制御するエンジン制御ユニット(電子制御装置:以下ECU)を備えている。
ここで、EGRシステムは、エンジンの運転状況に基づいてEGR制御弁の弁体であるポペットバルブ1を開閉制御するEGRバルブ制御装置(内燃機関のEGR制御装置)として使用される。このEGRバルブ制御装置は、EGR制御弁のアクチュエータを他のシステムと連動して制御するエンジン制御ユニット(電子制御装置:以下ECU)を備えている。
EGR制御弁は、EGRガス流路を開閉するポペットバルブ1と、このポペットバルブ1のシャフト(バルブ軸:以下バルブステム)2をその軸線方向に往復移動させるバルブ駆動装置と、バルブステム2をその軸線方向に摺動可能に支持する円筒状のメタルベアリング(軸受)3を保持する円筒状の軸受保持部(以下ベアリングホルダ4a)を有するバルブボディ4とを備えている。
バルブ駆動装置は、ポペットバルブ1を駆動する動力を発生するモータMを有するアクチュエータと、このアクチュエータの動力を受けて回転するプレートカム5を有する変換機構と、プレートカム5をそのカムスロット6の形成方向のカム全閉側に回転させるトルクを発生するリターンスプリング7と、アクチュエータ、変換機構およびリターンスプリング7を収容するハウジング(アクチュエータケース)8と、ポペットバルブ1の全開位置(プレートカム5の回転可能範囲の全開側の限界位置:カム全開位置)を規制する固定ストッパ(以下全開ストッパ)9と、プレートカム5の回転角度を検出する回転角度検出装置とを備えている。
バルブ駆動装置は、ポペットバルブ1を駆動する動力を発生するモータMを有するアクチュエータと、このアクチュエータの動力を受けて回転するプレートカム5を有する変換機構と、プレートカム5をそのカムスロット6の形成方向のカム全閉側に回転させるトルクを発生するリターンスプリング7と、アクチュエータ、変換機構およびリターンスプリング7を収容するハウジング(アクチュエータケース)8と、ポペットバルブ1の全開位置(プレートカム5の回転可能範囲の全開側の限界位置:カム全開位置)を規制する固定ストッパ(以下全開ストッパ)9と、プレートカム5の回転角度を検出する回転角度検出装置とを備えている。
ここで、アクチュエータ、プレートカム5およびリターンスプリング7をハウジング8に組み付けることで、アクチュエータサブアッセンブリ(第1サブアッセンブリ)Aが構成される。
また、ポペットバルブ1、バルブステム2、メタルベアリング3およびバルブボディ4は、アクチュエータサブアッセンブリAに組み付ける前に、予め組み立てられてバルブサブアッセンブリ(第2サブアッセンブリ)Bを構成する。
また、ポペットバルブ1、バルブステム2、メタルベアリング3およびバルブボディ4は、アクチュエータサブアッセンブリAに組み付ける前に、予め組み立てられてバルブサブアッセンブリ(第2サブアッセンブリ)Bを構成する。
アクチュエータは、モータMおよび減速機構を備えている。
モータMは、その軸線方向(以下回転軸方向)に延びるモータシャフト(回転軸:以下モータ軸)10を有するインナロータ(電機子)と、この電機子の周囲を円周方向に取り囲む筒状のステータと、このステータに対して固定されたブラシホルダに収容保持された一対の給電ブラシ(以下ブラシ)とを備えている。
減速機構は、モータMのモータ軸10に対して並列配置された中間ギア軸(中間軸)11と、プレートカム5と一体回転可能に連結した出力ギア軸(出力軸)12と、モータ軸10に連動して回転する3つの減速ギアとを備えている。
3つの減速ギアは、ピニオンギア(入力ギア、モータギア)13、中間ギア14、および出力ギア(バルブギア)15等によって構成されている。
モータMは、その軸線方向(以下回転軸方向)に延びるモータシャフト(回転軸:以下モータ軸)10を有するインナロータ(電機子)と、この電機子の周囲を円周方向に取り囲む筒状のステータと、このステータに対して固定されたブラシホルダに収容保持された一対の給電ブラシ(以下ブラシ)とを備えている。
減速機構は、モータMのモータ軸10に対して並列配置された中間ギア軸(中間軸)11と、プレートカム5と一体回転可能に連結した出力ギア軸(出力軸)12と、モータ軸10に連動して回転する3つの減速ギアとを備えている。
3つの減速ギアは、ピニオンギア(入力ギア、モータギア)13、中間ギア14、および出力ギア(バルブギア)15等によって構成されている。
アクチュエータは、モータM、減速機構、プレートカム5、金属カラー16、ブッシング17および2連ボールベアリング18、19が予め組み立てられたアクチュエータサブアッセンブリAの状態で、ハウジング8に組み付けられる。
変換機構は、アクチュエータの回転運動をポペットバルブ1の直線運動(バルブステム2の軸線方向の往復運動)に変換する動力変換機構である。
プレートカム5の入力部には、後述する減速機構の出力ギア軸12の外周に出力ギア15と分離して嵌合固定するための嵌合孔(例えば四角孔)が形成されている。また、プレートカム5の出力部には、バルブステム2に取り付けられる部品(変換機構の一部)と係合するカムスロット6が形成されている。
なお、バルブ駆動装置の詳細は、後述する。
変換機構は、アクチュエータの回転運動をポペットバルブ1の直線運動(バルブステム2の軸線方向の往復運動)に変換する動力変換機構である。
プレートカム5の入力部には、後述する減速機構の出力ギア軸12の外周に出力ギア15と分離して嵌合固定するための嵌合孔(例えば四角孔)が形成されている。また、プレートカム5の出力部には、バルブステム2に取り付けられる部品(変換機構の一部)と係合するカムスロット6が形成されている。
なお、バルブ駆動装置の詳細は、後述する。
次に、本実施例のバルブサブアッセンブリBの詳細を図1ないし図7に基づいて説明する。
バルブサブアッセンブリBは、ポペットバルブ1、バルブステム2、メタルベアリング3、バルブボディ4および変換機構の一部を、ハウジング8に組み付ける前にユニット化したものである。
ポペットバルブ1は、プレートカム5の回転変位に連動して軸線方向に往復移動するバルブステム2を有している。
ポペットバルブ1は、バルブボディ4のバルブシート20に対して着座、離脱して流路孔21〜23を閉鎖、開放する円筒状の鍔部(バルブ本体)を備えている。つまりポペットバルブ1は、EGR制御弁の弁体を構成している。本実施例では、ポペットバルブ1の鍔部の外周端面(テーパー状の円錐面)がバルブフェースとなっている。なお、ポペットバルブ1とバルブステム2が一体部品であっても良い。
バルブサブアッセンブリBは、ポペットバルブ1、バルブステム2、メタルベアリング3、バルブボディ4および変換機構の一部を、ハウジング8に組み付ける前にユニット化したものである。
ポペットバルブ1は、プレートカム5の回転変位に連動して軸線方向に往復移動するバルブステム2を有している。
ポペットバルブ1は、バルブボディ4のバルブシート20に対して着座、離脱して流路孔21〜23を閉鎖、開放する円筒状の鍔部(バルブ本体)を備えている。つまりポペットバルブ1は、EGR制御弁の弁体を構成している。本実施例では、ポペットバルブ1の鍔部の外周端面(テーパー状の円錐面)がバルブフェースとなっている。なお、ポペットバルブ1とバルブステム2が一体部品であっても良い。
バルブステム2は、その軸線方向に延伸されており、ポペットバルブ1とプレートカム5を含む変換機構とに結合されている。このバルブステム2は、モータMのモータ軸10、中間ギア軸11および出力ギア軸12に対して垂直な直交方向に延びるように設置されて、バルブステム2の中心軸線とモータ軸10の中心軸線とが十字状に立体交差するようにオーバーラップ配置されている。
バルブステム2の軸線方向の一端部には、プレートカム5からアクチュエータの動力が伝達される入力部が設けられている。また、バルブステム2の軸線方向の他端部には、ポペットバルブ1へアクチュエータの動力を出力する出力部が設けられている。
バルブステム2の軸線方向の一端部には、プレートカム5からアクチュエータの動力が伝達される入力部が設けられている。また、バルブステム2の軸線方向の他端部には、ポペットバルブ1へアクチュエータの動力を出力する出力部が設けられている。
バルブステム2の出力部の外周(先端外周)には、圧入、かしめまたは溶接等の手段を用いてポペットバルブ1が固定されている。また、バルブステム2は、その軸線方向の中間部分が、メタルベアリング3を介してバルブボディ4のベアリングホルダ4aに摺動自在に支持されている。
バルブステム2の入力部は、2股状に分岐(分離)した2つの対向片(第1、第2対向部)24、25を備えている。これらの対向片24、25は、プレートカム5の出力部が挿入可能なスリット26を隔てて対向している。スリット26は、バルブステム2の出力部(ポペットバルブ側端部)に対して反端側の端面で開口し、バルブステム2の軸線方向に真っ直ぐに延びている。
バルブステム2の入力部は、2股状に分岐(分離)した2つの対向片(第1、第2対向部)24、25を備えている。これらの対向片24、25は、プレートカム5の出力部が挿入可能なスリット26を隔てて対向している。スリット26は、バルブステム2の出力部(ポペットバルブ側端部)に対して反端側の端面で開口し、バルブステム2の軸線方向に真っ直ぐに延びている。
バルブステム2には、プレートカム5を除く変換機構の一部を構成する構成部品が、バルブサブアッセンブリBをハウジング8に組み付ける前に組み立てられている。
構成部品は、プレートカム5のカムスロット6の各カム溝壁面に沿って移動可能に案内される2つのボールベアリング(第1、第2ベアリング)31、32、カムスロット6内に移動可能に挿入されて、ボールベアリング31、32を介してプレートカム5からアクチュエータの動力を受ける2つのピボットピン(第1、第2支軸)33、34、およびカムスロット6の各壁面にボールベアリング31、32を押し付ける側に付勢する1つの板ばね(付勢手段)35を有している。
構成部品は、プレートカム5のカムスロット6の各カム溝壁面に沿って移動可能に案内される2つのボールベアリング(第1、第2ベアリング)31、32、カムスロット6内に移動可能に挿入されて、ボールベアリング31、32を介してプレートカム5からアクチュエータの動力を受ける2つのピボットピン(第1、第2支軸)33、34、およびカムスロット6の各壁面にボールベアリング31、32を押し付ける側に付勢する1つの板ばね(付勢手段)35を有している。
ポペットバルブ1は、ボールベアリング31、32およびピボットピン33、34がプレートカム5のカムスロット6の形成方向の一端側に位置している時に全閉位置に配置され、ボールベアリング31、32およびピボットピン33、34がカムスロット6の形成方向の他端側に位置している時に全開位置に配置される。
ここで、バルブステム2の各対向片24、25には、ピボットピン33がその軸線方向に貫通するように嵌合する第1嵌合孔36、およびピボットピン34がその軸線方向に貫通するように嵌合する第2嵌合孔37がそれぞれ設けられている。
なお、第2嵌合孔37は、ピボットピン34が、バルブステム2の軸線方向に移動可能なルーズ孔(長円形孔)とされている。
また、EGRガス等の排気ガスには、燃焼残滓やカーボン等の排気微粒子(粒子状物質:PM)が混入している。そのため、バルブステム2の中間部分とベアリングホルダ4aとの間には、EGRガス中に含まれる粒子状物質(PM)がバルブステム2とメタルベアリング3との間に侵入するのを抑制するためのパイプ38が装着されている。
ここで、バルブステム2の各対向片24、25には、ピボットピン33がその軸線方向に貫通するように嵌合する第1嵌合孔36、およびピボットピン34がその軸線方向に貫通するように嵌合する第2嵌合孔37がそれぞれ設けられている。
なお、第2嵌合孔37は、ピボットピン34が、バルブステム2の軸線方向に移動可能なルーズ孔(長円形孔)とされている。
また、EGRガス等の排気ガスには、燃焼残滓やカーボン等の排気微粒子(粒子状物質:PM)が混入している。そのため、バルブステム2の中間部分とベアリングホルダ4aとの間には、EGRガス中に含まれる粒子状物質(PM)がバルブステム2とメタルベアリング3との間に侵入するのを抑制するためのパイプ38が装着されている。
バルブボディ4は、EGR制御弁を取り付ける固定部材(例えば排気管の分岐部、吸気管の合流部、EGRガスパイプ等)に結合されている。このバルブボディ4には、ハウジング8の嵌合孔39に嵌合される円筒状の嵌合部41が設けられている。
また、バルブボディ4の外周面には、Oリング42を収容する円環状のリング溝43が形成されている。これにより、バルブボディ4の外周面と固定部材の結合面との間にOリング42が介在しているので、流路孔21〜23を含むEGRガス流路から外部へのEGRガスのリーク(漏洩)を防止できる。
また、バルブボディ4の外周面には、Oリング42を収容する円環状のリング溝43が形成されている。これにより、バルブボディ4の外周面と固定部材の結合面との間にOリング42が介在しているので、流路孔21〜23を含むEGRガス流路から外部へのEGRガスのリーク(漏洩)を防止できる。
バルブボディ4には、メタルベアリング3の外周を保持する円筒状のベアリングホルダ4aが一体的に形成されている。このバルブボディ4内には、EGRガス流路の一部を構成する流路孔21〜23が形成されている。また、バルブボディ4は、流路孔21と流路孔23とを区画する円筒状の隔壁(仕切り部)にバルブシート20が圧入固定されている。このバルブシート20内には、流路孔21と流路孔23とを連通する流路孔22が形成されている。流路孔21〜23は、EGRガス(流体)が流通する流路である。
次に、本実施例のアクチュエータサブアッセンブリAの詳細を図1ないし図7に基づいて説明する。
アクチュエータサブアッセンブリAは、上述したように、リターンスプリング7、アクチュエータ、プレートカム5およびハウジング8等によって構成されている。
ハウジング8は、バルブボディ4の嵌合部41を嵌合保持するバルブ保持部44、およびこのバルブ保持部44の半径方向の外側に設けられる結合フランジ45を有している。 バルブ保持部44の内周には、バルブボディ4の嵌合部41が圧入固定される。また、結合フランジ45は、バルブ駆動装置を備えたEGR制御弁の取付部材(固定部材)に取り付けられる結合端面を有し、ボルト等の締結具を用いて固定部材の取付面に締結固定される。これにより、EGR制御弁がエンジン側(車両側)の固定部材に固定される。
アクチュエータサブアッセンブリAは、上述したように、リターンスプリング7、アクチュエータ、プレートカム5およびハウジング8等によって構成されている。
ハウジング8は、バルブボディ4の嵌合部41を嵌合保持するバルブ保持部44、およびこのバルブ保持部44の半径方向の外側に設けられる結合フランジ45を有している。 バルブ保持部44の内周には、バルブボディ4の嵌合部41が圧入固定される。また、結合フランジ45は、バルブ駆動装置を備えたEGR制御弁の取付部材(固定部材)に取り付けられる結合端面を有し、ボルト等の締結具を用いて固定部材の取付面に締結固定される。これにより、EGR制御弁がエンジン側(車両側)の固定部材に固定される。
ハウジング8は、アクチュエータおよび変換機構を収容するアクチュエータケースを構成し、アクチュエータおよびプレートカム5が組み付けられた後に、バルブサブアッセンブリBが組み付けられる。
ハウジング8には、モータMを収容保持するモータケース46が一体的に形成されている。このモータケース46は、モータMの円筒ヨーク47の周囲を円周方向に取り囲む円筒状の側壁部、およびこの側壁部の一端側で開口し、組み付け時にモータMをモータ収納凹部48内に挿入するための開口部(モータ挿入口)を有している。このモータ挿入口は、モータMのフロントブラケット(フロントエンド部)49により塞がれている。
フロントブラケット49は、モータケース46のモータ挿入口の開口周縁部にボルト等を用いて締結固定されている。これにより、モータMがモータケース46内に収容保持される。
ハウジング8には、モータMを収容保持するモータケース46が一体的に形成されている。このモータケース46は、モータMの円筒ヨーク47の周囲を円周方向に取り囲む円筒状の側壁部、およびこの側壁部の一端側で開口し、組み付け時にモータMをモータ収納凹部48内に挿入するための開口部(モータ挿入口)を有している。このモータ挿入口は、モータMのフロントブラケット(フロントエンド部)49により塞がれている。
フロントブラケット49は、モータケース46のモータ挿入口の開口周縁部にボルト等を用いて締結固定されている。これにより、モータMがモータケース46内に収容保持される。
ハウジング8には、減速機構、変換機構およびバルブステム2を収容するギアケース51とが形成されている。
ハウジング8には、組み付け時にアクチュエータをアクチュエータ収納凹部52内に挿入するための開口部を有している。この開口部は、センサカバー53により塞がれている。
また、アクチュエータ収納凹部52内には、プレートカム5の回転可能範囲の限界位置(全開位置)を越えてプレートカム5を回転させた時に、バルブステム2とプレートカム5とが干渉しない逃げ空間54が形成されている。
ハウジング8には、組み付け時にアクチュエータをアクチュエータ収納凹部52内に挿入するための開口部を有している。この開口部は、センサカバー53により塞がれている。
また、アクチュエータ収納凹部52内には、プレートカム5の回転可能範囲の限界位置(全開位置)を越えてプレートカム5を回転させた時に、バルブステム2とプレートカム5とが干渉しない逃げ空間54が形成されている。
ハウジング8の底部近傍、つまりギアケース51の底部近傍には、2連ボールベアリング18、19の周囲を円周方向に取り囲むように配置された円筒状の軸受ホルダ55が設けられている。この軸受ホルダ55は、ギアケース51の底面よりも内部に突出した円筒状の第1突出部、およびギアケース51の外面よりも外部に突出した円筒状の第2突出部を有している。この第2突出部には、外部へ向けて開放された開口部が形成されている。この開口部は、キャップ56によって気密的に閉塞されている。
軸受ホルダ55の内部には、出力ギア軸12の軸線方向に真っ直ぐに延びる軸受孔が形成されている。この軸受ホルダ55は、ブッシング17の円筒部と同一軸線上に設置されて、ブッシング17の円筒部との間に所定の距離を隔てて対向して配置されている。
軸受ホルダ55の内部には、出力ギア軸12の軸線方向に真っ直ぐに延びる軸受孔が形成されている。この軸受ホルダ55は、ブッシング17の円筒部と同一軸線上に設置されて、ブッシング17の円筒部との間に所定の距離を隔てて対向して配置されている。
第1突出部の外周部は、リターンスプリング7のコイル内径面をガイド(保持)するスプリングガイドとしての機能を有している。なお、ブッシング17の円筒部および第1突出部の外径寸法は、プレートカム5が最大回転角度分だけ回転し、リターンスプリング7が回転方向に捩じられて半径方向に縮径した際の、リターンスプリング7のコイル内径収縮寸法を考慮して設計する。
第1突出部の内周には、圧入孔が形成されている。この圧入孔には、2連ボールベアリング18、19の各外輪が圧入嵌合によって嵌合保持される。
ここで、2連ボールベアリング18、19は、出力ギア軸12の大径部の外周に圧入固定される内輪、軸受ホルダ55の圧入孔に圧入固定される外輪、および内輪と外輪との2つの軌道輪の間に滑動自在に収容される複数の鋼球を備えている。
第1突出部の内周には、圧入孔が形成されている。この圧入孔には、2連ボールベアリング18、19の各外輪が圧入嵌合によって嵌合保持される。
ここで、2連ボールベアリング18、19は、出力ギア軸12の大径部の外周に圧入固定される内輪、軸受ホルダ55の圧入孔に圧入固定される外輪、および内輪と外輪との2つの軌道輪の間に滑動自在に収容される複数の鋼球を備えている。
アクチュエータは、ポペットバルブ1を所定の開弁位置から全閉位置へ戻すためのリターンスプリング7と、電力の供給を受けるとポペットバルブ1を駆動する動力(トルク)を発生するモータMと、このモータMの回転を2段減速して出力ギア軸12に伝達する減速機構(動力伝達機構)と、この減速機構の出力ギア軸12の回転角度を検出する回転角度検出装置とを備えている。
出力ギア軸12の回転角度は、プレートカム5および出力ギア15の回転角度と同一であり、プレートカム5の回転角度は、ポペットバルブ1のリフト量またはバルブステム2のストローク量に対応している。これにより、回転角度検出装置は、ポペットバルブ1のリフト量を検出するリフト量検出装置またはバルブステム2のストローク量を検出するストローク量検出装置として使用できる。
出力ギア軸12の回転角度は、プレートカム5および出力ギア15の回転角度と同一であり、プレートカム5の回転角度は、ポペットバルブ1のリフト量またはバルブステム2のストローク量に対応している。これにより、回転角度検出装置は、ポペットバルブ1のリフト量を検出するリフト量検出装置またはバルブステム2のストローク量を検出するストローク量検出装置として使用できる。
リターンスプリング7は、ブッシング17の円筒部の周囲、および軸受ホルダ55の第1突出部の周囲を渦巻き状(螺旋状)に取り囲むように設置されている。このリターンスプリング7は、ブッシング17のスプリング座部とギアケース51の底部のスプリング座部との間に渦巻き状に巻装されたコイル部を有している。
リターンスプリング7は、出力ギア軸12に対して、ポペットバルブ1を閉弁作動方向に付勢する弾性力(トルク、スプリング力)を発生するトーションスプリング(付勢手段)である。このリターンスプリング7は、ポペットバルブ1を、全閉位置へ戻す方向(閉弁作動方向)に付勢する。
リターンスプリング7の軸線方向の一端側には、ブッシング17のスプリング座部に接触する円環状の第1コイル端部が設けられている。
リターンスプリング7の軸線方向の他端側には、ギアケース51のスプリング座部に接触する円環状の第2コイル端部が設けられている。
リターンスプリング7は、出力ギア軸12に対して、ポペットバルブ1を閉弁作動方向に付勢する弾性力(トルク、スプリング力)を発生するトーションスプリング(付勢手段)である。このリターンスプリング7は、ポペットバルブ1を、全閉位置へ戻す方向(閉弁作動方向)に付勢する。
リターンスプリング7の軸線方向の一端側には、ブッシング17のスプリング座部に接触する円環状の第1コイル端部が設けられている。
リターンスプリング7の軸線方向の他端側には、ギアケース51のスプリング座部に接触する円環状の第2コイル端部が設けられている。
モータMは、ハウジング8に一体的に形成された有底筒状のモータケース46のモータ収納凹部48内に収容保持されている。円筒ヨーク47のフロント側には、フロントブラケット49が接続されている。
モータMは、アウタステータの内周側にインナロータが相対回転可能に配置されるブラシ付きのDCモータであり、回転軸方向に真っ直ぐに延びるモータ軸10を有する電機子と、この電機子の周囲を円周方向(モータ周方向)に取り囲む筒状のステータと、モータ軸10に固定された整流子に押圧接触する一対のブラシとを備えている。
ステータは、有底円筒状の円筒ヨーク47、およびこの円筒ヨーク47の内周面に固定された複数の永久磁石(界磁マグネット)を有している。
モータMは、アウタステータの内周側にインナロータが相対回転可能に配置されるブラシ付きのDCモータであり、回転軸方向に真っ直ぐに延びるモータ軸10を有する電機子と、この電機子の周囲を円周方向(モータ周方向)に取り囲む筒状のステータと、モータ軸10に固定された整流子に押圧接触する一対のブラシとを備えている。
ステータは、有底円筒状の円筒ヨーク47、およびこの円筒ヨーク47の内周面に固定された複数の永久磁石(界磁マグネット)を有している。
電機子は、ステータの半径方向内側に所定のギャップを介して設置されている。この電機子は、円筒ヨーク47の軸受支持部(ベアリングホルダ58)およびフロントブラケット49の軸受支持部(ベアリングホルダ)に軸受(ベアリング)を介して、回転自在に支持されたモータ軸10と、このモータ軸10の回転軸方向に磁性鋼板を複数積層して形成された電機子鉄心(電機子コア)と、この電機子コアに巻装される電機子巻線(電機子コイル)と、一対のブラシに押圧接触される整流子(コンミテータ)とを有している。
また、モータケース46の底部には、円筒ヨーク47のベアリングホルダ(リヤエンド部)58を収容する空間を形成する凸部59が設けられている。
ここで、本実施例のハウジング8のモータケース46のモータ収納凹部48内に収容保持されるモータ(M)は、バルブステム2の中心軸線よりも一方側(ハウジング8の開口側、センサカバー53側)に設置されたフロントブラケット49、およびバルブステム2の中心軸線よりも他方側(モータケース46の底部側)に設置されたベアリングホルダ58を有している。
また、モータケース46の底部には、円筒ヨーク47のベアリングホルダ(リヤエンド部)58を収容する空間を形成する凸部59が設けられている。
ここで、本実施例のハウジング8のモータケース46のモータ収納凹部48内に収容保持されるモータ(M)は、バルブステム2の中心軸線よりも一方側(ハウジング8の開口側、センサカバー53側)に設置されたフロントブラケット49、およびバルブステム2の中心軸線よりも他方側(モータケース46の底部側)に設置されたベアリングホルダ58を有している。
減速機構は、モータMのモータ軸10の回転動力(トルク)を出力ギア軸12を介してプレートカム5に伝えてバルブステム2をその軸線方向に往復移動させる動力伝達機構である。
減速機構は、モータMのモータ軸10と並列配置された中間ギア軸11、モータ軸10と中間ギア軸11に並列配置された出力ギア軸12、モータ軸10の先端外周に固定されたピニオンギア13、このピニオンギア13と噛み合って回転する中間ギア14、およびこの中間ギア14と噛み合って回転する出力ギア15等によって構成されている。
また、3つのギア13〜15は、ハウジング8に一体的に形成されたギアケース51とセンサカバー53との間に形成されるアクチュエータ収納凹部52内に回転自在に収容されている。
減速機構は、モータMのモータ軸10と並列配置された中間ギア軸11、モータ軸10と中間ギア軸11に並列配置された出力ギア軸12、モータ軸10の先端外周に固定されたピニオンギア13、このピニオンギア13と噛み合って回転する中間ギア14、およびこの中間ギア14と噛み合って回転する出力ギア15等によって構成されている。
また、3つのギア13〜15は、ハウジング8に一体的に形成されたギアケース51とセンサカバー53との間に形成されるアクチュエータ収納凹部52内に回転自在に収容されている。
中間ギア軸11は、例えばステンレス鋼等の鉄系金属(または非鉄系金属)によって円柱形状(丸棒形状)に一体的に形成されている。この中間ギア軸11は、その軸線方向の一端がギアケース51の嵌合凹部に圧入嵌合(固定)されている。また、中間ギア軸11の軸線方向の他端は、センサカバー53の嵌合凹部に嵌め込まれている。
出力ギア軸12は、例えばステンレス鋼等の鉄系金属(または非鉄系金属)によって円柱形状(丸棒形状)に一体的に形成されている。この出力ギア軸12は、2連ボールベアリング18、19を介して、ハウジング8の軸受ホルダ55の内部に回転自在に収容されている。
出力ギア軸12は、例えばステンレス鋼等の鉄系金属(または非鉄系金属)によって円柱形状(丸棒形状)に一体的に形成されている。この出力ギア軸12は、2連ボールベアリング18、19を介して、ハウジング8の軸受ホルダ55の内部に回転自在に収容されている。
出力ギア軸12の軸線方向(回転軸方向)一端側には、2面幅を有する小径部が設けられている。なお、小径部が四角形状の断面を有しても良い。
また、出力ギア軸12の軸線方向の他端側には、断面円形で、小径部よりも外径が大きい大径部が設けられている。また、小径部と大径部との間には、小径部よりも外径が大きく、大径部よりも外径が小さい断面四角形状の中径部が設けられている。
また、中径部と大径部との間には、プレートカム5の入力部を係止する円環状の段差面(環状段差)が設けられている。
また、出力ギア軸12の軸線方向の他端側には、断面円形で、小径部よりも外径が大きい大径部が設けられている。また、小径部と大径部との間には、小径部よりも外径が大きく、大径部よりも外径が小さい断面四角形状の中径部が設けられている。
また、中径部と大径部との間には、プレートカム5の入力部を係止する円環状の段差面(環状段差)が設けられている。
出力ギア軸12の小径部の外周には、プレートカム5と出力ギア15とを所定の軸方向距離だけ分離させるための金属カラー16が設置されている。
出力ギア軸12の中径部の外周には、プレートカム5の入力部が圧入嵌合によって嵌合保持されている。
出力ギア軸12の大径部の外周には、円筒状のブッシング17および2連ボールベアリング18、19の各内輪が圧入嵌合によって嵌合保持されている。
金属カラー16は、所定の軸方向距離を有する円筒状のパイプである。この金属カラー16は、出力ギア15の出力部(出力ギアレバー:後述する)とプレートカム5の入力部との間に挟み込まれて保持される。
出力ギア軸12の中径部の外周には、プレートカム5の入力部が圧入嵌合によって嵌合保持されている。
出力ギア軸12の大径部の外周には、円筒状のブッシング17および2連ボールベアリング18、19の各内輪が圧入嵌合によって嵌合保持されている。
金属カラー16は、所定の軸方向距離を有する円筒状のパイプである。この金属カラー16は、出力ギア15の出力部(出力ギアレバー:後述する)とプレートカム5の入力部との間に挟み込まれて保持される。
ブッシング17は、大径部の周囲を円周方向に取り囲む円筒状の嵌合部、この嵌合部の外周から半径方向外側へ向かって拡がる円環部、およびこの円環部の外周端から回転軸方向に平行な方向に延びる円筒部を有している。このブッシング17には、内部に2面幅(出力ギア軸12の空回りを防ぐ構造、回り止め構造)を有する嵌合孔が形成されている。これにより、ブッシング17は、出力ギア軸12の小径部に回り止めされた状態で固定されている。
2連ボールベアリング18、19は、大径部の外周に圧入固定される内輪、軸受ホルダ55の第1突出部の内周に圧入固定される外輪、および内輪と外輪との2つの軌道輪の間に滑動自在に収容される複数の鋼球を備えている。
2連ボールベアリング18、19は、大径部の外周に圧入固定される内輪、軸受ホルダ55の第1突出部の内周に圧入固定される外輪、および内輪と外輪との2つの軌道輪の間に滑動自在に収容される複数の鋼球を備えている。
ピニオンギア13は、金属または合成樹脂によって一体的に形成されている。このピニオンギア13は、モータMのモータ軸10と同軸的(例えば同一軸線上)に配設されて、中間ギア14の最大外径部(大径ギア)のギア径よりも小さいギア径を有している。また、ピニオンギア13は、モータ軸10の先端外周に圧入嵌合等により固定されて、モータ軸10と一体的に回転する円筒部(モータMのフロント先端部)を有している。そして、ピニオンギア13の円筒部の外周には、複数の凸状歯(ピニオンギア歯60)が円周方向全体に形成されている。
中間ギア14は、金属または合成樹脂によって一体的に形成されている。この中間ギア14は、中間ギア軸11の外周に相対回転可能に嵌め合わされている。
また、中間ギア14は、中間ギア軸11の外周に回転自在に嵌め合わされて、中間ギア軸11の中心軸線周りに回転する円筒部を有している。
中間ギア14の円筒部の軸線方向の一端部には、円筒部の外径よりも大きく、ピニオンギア13のピニオンギア歯と噛み合う大径ギアが形成されている。この大径ギアは、円筒部の軸線方向の一端部に設けられた円環板状の大径部、およびこの大径部の外周の周方向全体に形成された複数の凸状歯(中間ギア歯61)を有している。
また、中間ギア14の円筒部の軸線方向の他端部には、出力ギア15と噛み合う小径ギアが形成されている。この小径ギアは、中間ギア14の円筒部、およびこの円筒部の外周の周方向全体に形成された複数の凸状歯(中間ギア歯62)を有している。
また、中間ギア14は、中間ギア軸11の外周に回転自在に嵌め合わされて、中間ギア軸11の中心軸線周りに回転する円筒部を有している。
中間ギア14の円筒部の軸線方向の一端部には、円筒部の外径よりも大きく、ピニオンギア13のピニオンギア歯と噛み合う大径ギアが形成されている。この大径ギアは、円筒部の軸線方向の一端部に設けられた円環板状の大径部、およびこの大径部の外周の周方向全体に形成された複数の凸状歯(中間ギア歯61)を有している。
また、中間ギア14の円筒部の軸線方向の他端部には、出力ギア15と噛み合う小径ギアが形成されている。この小径ギアは、中間ギア14の円筒部、およびこの円筒部の外周の周方向全体に形成された複数の凸状歯(中間ギア歯62)を有している。
出力ギア15は、合成樹脂によって一体的に形成されている。この出力ギア15の内周部には、円筒状のマグネットロータ63が一体的に形成されている。また、出力ギア15は、マグネットロータ63よりも半径方向の外側に部分円筒状の最大外径部を有している。この最大外径部には、中間ギア14の中間ギア歯62と噛み合う複数の凸状歯(出力ギア歯64)が所定の角度分だけ扇状に形成されている。
マグネットロータ63の内周には、永久磁石であるセンサマグネット65が固定され、また、マグネットロータ63には、内部に2面幅(出力ギア軸12の空回りを防ぐ構造、回り止め構造)を有する嵌合孔が形成された出力ギアレバー66がインサート成形されている。これにより、出力ギア15は、出力ギアレバー66を介して、出力ギア軸12の小径部に回り止めされた状態で固定されている。
マグネットロータ63の内周には、永久磁石であるセンサマグネット65が固定され、また、マグネットロータ63には、内部に2面幅(出力ギア軸12の空回りを防ぐ構造、回り止め構造)を有する嵌合孔が形成された出力ギアレバー66がインサート成形されている。これにより、出力ギア15は、出力ギアレバー66を介して、出力ギア軸12の小径部に回り止めされた状態で固定されている。
ここで、アクチュエータの動力源であるモータMは、ECUによって電子制御されるモータ駆動回路を介して、自動車等の車両に搭載されたバッテリに電気的に接続されている。
ECUには、制御処理、演算処理を行うCPU、制御プログラムまたは制御ロジックや各種制御データ(マップ等)を保存する記憶装置(ROMやRAM等のメモリ)、入力回路(入力部)、出力回路(出力部)、電源回路、タイマー回路等の機能を含んで構成される周知の構造のマイクロコンピュータが設けられている。
ECUには、制御処理、演算処理を行うCPU、制御プログラムまたは制御ロジックや各種制御データ(マップ等)を保存する記憶装置(ROMやRAM等のメモリ)、入力回路(入力部)、出力回路(出力部)、電源回路、タイマー回路等の機能を含んで構成される周知の構造のマイクロコンピュータが設けられている。
ECUは、イグニッションスイッチがオン(IG・ON)されると、マイクロコンピュータのメモリに格納された制御プログラムまたは制御ロジックに基づいて、EGR制御弁のアクチュエータ(モータM)を通電制御するように構成されている。
ECUは、EGR(バルブ)開度センサ67、エアフロメータ、クランク角度センサ、アクセル開度センサ、スロットル開度センサ、吸気温度センサ、冷却水温度センサおよび排気ガスセンサ(空燃比センサ、酸素濃度センサ)等の各種センサからのセンサ出力信号が、A/D変換回路によってA/D変換された後に、マイクロコンピュータに入力されるように構成されている。
なお、EGR開度センサ67、エアフロメータ、クランク角度センサ、アクセル開度センサ、スロットル開度センサ、吸気温度センサ、冷却水温度センサおよび排気ガスセンサは、エンジンの運転状態(運転状況)を検出する運転状態検出手段を構成している。
ECUは、EGR(バルブ)開度センサ67、エアフロメータ、クランク角度センサ、アクセル開度センサ、スロットル開度センサ、吸気温度センサ、冷却水温度センサおよび排気ガスセンサ(空燃比センサ、酸素濃度センサ)等の各種センサからのセンサ出力信号が、A/D変換回路によってA/D変換された後に、マイクロコンピュータに入力されるように構成されている。
なお、EGR開度センサ67、エアフロメータ、クランク角度センサ、アクセル開度センサ、スロットル開度センサ、吸気温度センサ、冷却水温度センサおよび排気ガスセンサは、エンジンの運転状態(運転状況)を検出する運転状態検出手段を構成している。
回転角度検出装置は、出力ギア15と一体回転可能に連結された円筒状のマグネットロータ63、およびこのマグネットロータ63の回転角度を測定して減速機構の出力ギア軸12の回転角度およびプレートカム5の回転角度に相当するEGRバルブ開度を検出するEGR開度センサ67を備えている。マグネットロータ63の内周面には、複数のセンサマグネット65および磁性体であるロータコアが取り付けられている。
EGR開度センサ67は、センサカバー53のセンサ搭載部に設置された一対のステータコアの対向部間に挟み込まれて保持されている。このEGR開度センサ67は、センサ搭載部から出力ギア軸12側へ突出するように設置されている。また、EGR開度センサ67は、半導体ホール素子の感磁面を鎖交する磁束密度に対応した電圧信号(アナログ信号)をECUへ向けて出力するホールICを主体として構成されている。なお、ホールICの代わりに、ホール素子単体、磁気抵抗素子等の非接触式の磁気検出素子を使用しても良い。
EGR開度センサ67は、センサカバー53のセンサ搭載部に設置された一対のステータコアの対向部間に挟み込まれて保持されている。このEGR開度センサ67は、センサ搭載部から出力ギア軸12側へ突出するように設置されている。また、EGR開度センサ67は、半導体ホール素子の感磁面を鎖交する磁束密度に対応した電圧信号(アナログ信号)をECUへ向けて出力するホールICを主体として構成されている。なお、ホールICの代わりに、ホール素子単体、磁気抵抗素子等の非接触式の磁気検出素子を使用しても良い。
変換機構は、アクチュエータの回転運動(減速機構の出力ギア軸12の回転運動)を、ポペットバルブ1のバルブステム2の直線運動に変換する運動方向変換機構である。この変換機構は、出力ギア軸12の中心軸線を中心にして出力ギア15の出力ギアレバー66と一体回転可能に連結したプレートカム5と、このプレートカム5のカムスロット6内に移動自在に挿入される2つのボールベアリング31、32と、各ボールベアリング31、32の内輪と圧入嵌合して各ボールベアリング31、32の外輪を回転自在に支持する2つのピボットピン33、34と、これらのピボットピン33、34と弾性接触する1つの板ばね35とを備えている。
プレートカム5は、例えばステンレス鋼等の鉄系金属(または非鉄系金属)によって扇形状に一体的に形成されている。このプレートカム5は、ポペットバルブ1が全閉位置の時に、プレートカム5の回転位置(角度)が全閉状態(カム全閉位置)となる。また、プレートカム5は、ポペットバルブ1が全開位置の時にプレートカム5の回転位置(角度)が全開状態(カム全開位置)となる。
プレートカム5は、出力ギア軸12の中径部の外周を円周方向に取り囲む円環状の入力部を有している。この入力部には、四角孔形状の嵌合孔が貫通形成されている。これにより、プレートカム5は、出力ギア軸12の中径部に回り止めされた状態で固定されている。
プレートカム5の入力部は、出力ギア軸12の段差(環状段差面)と金属カラー16の環状端面との間に挟み込まれた状態で、出力ギア15に対して所定の軸方向距離(金属カラー16の軸方向長さ)分だけ分離して出力ギア軸12の中径部の外周に固定されている。
プレートカム5は、出力ギア軸12の中径部の外周を円周方向に取り囲む円環状の入力部を有している。この入力部には、四角孔形状の嵌合孔が貫通形成されている。これにより、プレートカム5は、出力ギア軸12の中径部に回り止めされた状態で固定されている。
プレートカム5の入力部は、出力ギア軸12の段差(環状段差面)と金属カラー16の環状端面との間に挟み込まれた状態で、出力ギア15に対して所定の軸方向距離(金属カラー16の軸方向長さ)分だけ分離して出力ギア軸12の中径部の外周に固定されている。
プレートカム5は、入力部の周囲を部分的に取り囲むように扇状の出力部が設けられている。この出力部は、出力ギア15の最大外径部と略同一の外径を有している。また、出力部には、ポペットバルブ1の動作パターン(プレートカム5の回転角度に対するポペットバルブ1のリフト量)に対応した湾曲形状のカムスロット(カム溝)6が、プレートカム5の板厚方向に貫通形成されている。
カムスロット6は、プレートカム5の回転方向の一端側(ポペットバルブ1の全閉位置側に対応したカム全閉側)から他端側(ポペットバルブ1の全開位置側に対応したカム全開側)まで所定の曲率で延びるガイド溝である。なお、曲率中心は、出力ギア軸12の中心軸線に対してオフセットされている。
ここで、プレートカム5の回転角度およびカムスロット6のカム形状(プロフィール)は、ポペットバルブ1を全閉位置から全開位置まで駆動するのに必要なバルブステム2のストローク量に対して決定される。
カムスロット6は、プレートカム5の回転方向の一端側(ポペットバルブ1の全閉位置側に対応したカム全閉側)から他端側(ポペットバルブ1の全開位置側に対応したカム全開側)まで所定の曲率で延びるガイド溝である。なお、曲率中心は、出力ギア軸12の中心軸線に対してオフセットされている。
ここで、プレートカム5の回転角度およびカムスロット6のカム形状(プロフィール)は、ポペットバルブ1を全閉位置から全開位置まで駆動するのに必要なバルブステム2のストローク量に対して決定される。
プレートカム5の出力部は、カムスロット6よりもプレートカム5の半径方向の内側に形成される円弧状の内側突出片(内側部)71、およびカムスロット6よりもプレートカム5の半径方向の外側に形成される円弧状の外側突出片(外側部)72を有している。
カムスロット6のカム全閉側には、内側突出片71と外側突出片72とを連結して、ボールベアリング31、32のこれ以上のカム全閉側への移動を規制する係止部(規制壁)73が設けられている。
カムスロット6のカム全開側には、プレートカム5の回転方向(カムスロット6の形成方向)の外部側に向かって開放された開口部(切欠き部)74が設けられている。この開口部74は、組み付け時にバルブサブアッセンブリBをカムスロット6内に挿入するためのバルブサブアッセンブリ挿入口を構成している。
カムスロット6のカム全閉側には、内側突出片71と外側突出片72とを連結して、ボールベアリング31、32のこれ以上のカム全閉側への移動を規制する係止部(規制壁)73が設けられている。
カムスロット6のカム全開側には、プレートカム5の回転方向(カムスロット6の形成方向)の外部側に向かって開放された開口部(切欠き部)74が設けられている。この開口部74は、組み付け時にバルブサブアッセンブリBをカムスロット6内に挿入するためのバルブサブアッセンブリ挿入口を構成している。
そして、プレートカム5またはこのプレートカム5と一体回転可能に連結した連動部材(出力ギア軸12、出力ギア15等)には、全開ストッパ9に係止される全開ストッパ部75が一体的に設けられている。
全開ストッパ9は、例えば工具と係合可能な頭部、およびこの頭部からプレートカム5または連動部材側に延びる軸部を有し、カム全開位置調整機能付きのアジャストスクリューにより構成されている。この全開ストッパ9は、ハウジング8のギアケース51の外壁部(アクチュエータ収納凹部52の周囲を周方向に取り囲む筒状の周壁部)の端面より突出するように、軸部が捩じ込まれて固定されている。また、全開ストッパ9は、プレートカム5の全開位置ストッパとしての機能だけでなく、ポペットバルブ1の全開位置(フルリフト量)およびバルブステム2のフルストローク量を規定するバルブ全開位置ストッパとしての機能も有している。
全開ストッパ9は、例えば工具と係合可能な頭部、およびこの頭部からプレートカム5または連動部材側に延びる軸部を有し、カム全開位置調整機能付きのアジャストスクリューにより構成されている。この全開ストッパ9は、ハウジング8のギアケース51の外壁部(アクチュエータ収納凹部52の周囲を周方向に取り囲む筒状の周壁部)の端面より突出するように、軸部が捩じ込まれて固定されている。また、全開ストッパ9は、プレートカム5の全開位置ストッパとしての機能だけでなく、ポペットバルブ1の全開位置(フルリフト量)およびバルブステム2のフルストローク量を規定するバルブ全開位置ストッパとしての機能も有している。
ここで、本実施例のEGR制御弁においては、エンジンの運転中、つまりポペットバルブ1を全開させる際に、バルブステム2、ボールベアリング31、32、ピボットピン33、34および板ばね35がカムスロット6より脱落する可能性があるので、アクチュエータサブアッセンブリAにバルブサブアッセンブリBを組み付けた後に、ハウジング8のギアケース51の下孔51aに全開ストッパ9を装着し、プレートカム6、出力ギア軸12および出力ギア15等の全開方向への移動を規制するようにしている。
2つのボールベアリング31、32は、各ピボットピン33、34の外周に圧入固定される内輪、カムスロット6の各壁面に接触する外輪、および内輪と外輪との2つの軌道輪の間に滑動自在に収容される複数の鋼球を備えている。
2つのピボットピン33、34は、金属によって所定の形状に形成されており、2つの第1、第2対向片24、25の各嵌合孔に打ち込まれてバルブステム2の入力部に圧入固定されている。
2つのボールベアリング31、32は、各ピボットピン33、34の外周に圧入固定される内輪、カムスロット6の各壁面に接触する外輪、および内輪と外輪との2つの軌道輪の間に滑動自在に収容される複数の鋼球を備えている。
2つのピボットピン33、34は、金属によって所定の形状に形成されており、2つの第1、第2対向片24、25の各嵌合孔に打ち込まれてバルブステム2の入力部に圧入固定されている。
板ばね35は、プレートカム5のカムスロット6の各カム溝壁面に各ボールベアリング31、32を押し付ける側に付勢する弾性力を有している。この板ばね35は、一対の第1、第2U字部76、およびこれらの第1、第2U字部76の各円弧中心部同士を連結する連結部77等を有している。
一対の第1、第2U字部76には、各円弧中心部からプレートカム5のカムスロット6の全開側(開口部74側)に向けて延びる各突出片が、カムスロット6の開口部74側に向かって徐々に間隔が拡がるように構成されている。
一対の第1、第2U字部76の各突出片には、各第1、第2ピボットピン33、34にそれぞれ弾性接触して係合する円弧状の第1、第2係合凹部78、79がそれぞれ設けられている。
これらのボールベアリング31、32、ピボットピン33、34および板ばね35は、プレートカム5の出力部と共に、2つの対向片24、25間に形成されるスリット26内に移動可能に挿入されている。
一対の第1、第2U字部76には、各円弧中心部からプレートカム5のカムスロット6の全開側(開口部74側)に向けて延びる各突出片が、カムスロット6の開口部74側に向かって徐々に間隔が拡がるように構成されている。
一対の第1、第2U字部76の各突出片には、各第1、第2ピボットピン33、34にそれぞれ弾性接触して係合する円弧状の第1、第2係合凹部78、79がそれぞれ設けられている。
これらのボールベアリング31、32、ピボットピン33、34および板ばね35は、プレートカム5の出力部と共に、2つの対向片24、25間に形成されるスリット26内に移動可能に挿入されている。
[実施例1の組付方法]
次に、本実施例のEGR制御弁の組付方法、特にアクチュエータサブアッセンブリAに対するバルブサブアッセンブリBの組付方法を図1ないし図7に基づいて簡単に説明する。ここで、図4ないし図7はプレートカムとバルブステムとの嵌合方法を示した流れ作業図(プロセスチャート)である。
次に、本実施例のEGR制御弁の組付方法、特にアクチュエータサブアッセンブリAに対するバルブサブアッセンブリBの組付方法を図1ないし図7に基づいて簡単に説明する。ここで、図4ないし図7はプレートカムとバルブステムとの嵌合方法を示した流れ作業図(プロセスチャート)である。
先ず、図4に示したように、アクチュエータ(モータM、中間ギア軸11、出力ギア軸12、ピニオンギア13、中間ギア14、出力ギア15、金属カラー16、ブッシング17および2連ボールベアリング18、19等)、プレートカム5、リターンスプリング7をハウジング8に組み付けて、これらをユニット(サブアッシー)化したアクチュエータサブアッセンブリAを形成する(組付工程1)。
次に、ポペットバルブ1、バルブステム2、メタルベアリング3、バルブボディ4、バルブシート20、パイプ38、ボールベアリング31、32、第1、第2ピボットピン33、34および板ばね35を予め組み立てて、これらをユニット(サブアッシー)化したバルブサブアッセンブリBを形成する(組付工程2)。
次に、ポペットバルブ1、バルブステム2、メタルベアリング3、バルブボディ4、バルブシート20、パイプ38、ボールベアリング31、32、第1、第2ピボットピン33、34および板ばね35を予め組み立てて、これらをユニット(サブアッシー)化したバルブサブアッセンブリBを形成する(組付工程2)。
次に、図5に示したように、ハウジング8のアクチュエータ収納凹部52内において、プレートカム5の全開側の限界位置(ポペットバルブ1の全開位置に対応したカム全開回転位置)を越えてプレートカム5を回転させておく。これにより、バルブステム2の各第1、第2対向片24、25とプレートカム5の内側、外側突出片71、72とが干渉しない逃げ空間54にプレートカム5が配置される。
そして、バルブステム2の入力部側を先頭にして、ハウジング8の嵌合孔39を通してアクチュエータ収納凹部52内にバルブサブアッセンブリBを挿入する(組付工程3)。
そして、バルブステム2の入力部側を先頭にして、ハウジング8の嵌合孔39を通してアクチュエータ収納凹部52内にバルブサブアッセンブリBを挿入する(組付工程3)。
次に、図6に示したように、プレートカム5を全閉側に回転させることで、バルブステム2の第1、第2対向片24、25間(スリット26内)にプレートカム5を嵌合させて、アクチュエータサブアッセンブリAにバルブサブアッセンブリBを組み付ける(組付工程4)。
なお、図6には、バルブステム2とプレートカム5との嵌合状態を示すために、中間ギア14と出力ギア15の図示を省略しているが、実際には、中間ギア14と出力ギア15は組み付けられている。
なお、図6には、バルブステム2とプレートカム5との嵌合状態を示すために、中間ギア14と出力ギア15の図示を省略しているが、実際には、中間ギア14と出力ギア15は組み付けられている。
その後に、図6に示したように、全開ストッパ9をハウジング8のギアケース51の外壁部に組み付ける(組付工程5)。これにより、組み付けた後に、全開ストッパ9によりプレートカム5の全開位置を規制できるので、バルブステム2のスリット26からプレートカム5が外れないようにすることができる。
以上の組付工程1〜5によってアクチュエータサブアッセンブリAに対するバルブサブアッセンブリBの組み付け作業が終了する。
以上の組付工程1〜5によってアクチュエータサブアッセンブリAに対するバルブサブアッセンブリBの組み付け作業が終了する。
[実施例1の作用]
次に、本実施例のEGR制御弁の作動を図1ないし図3に基づいて簡単に説明する。
次に、本実施例のEGR制御弁の作動を図1ないし図3に基づいて簡単に説明する。
本実施例のシャフトバルブを駆動するモータは、ECUによって通電制御されるように構成されている。
ECUは、IG・ONされると、先ず、エンジンの運転状況(運転状態)または運転条件を算出するのに必要は各種センサ出力信号を入力する。
ECUは、エンジンの運転状況に対応してEGR率が最適値となるように、EGR制御弁の開度を可変制御する。
具体的には、EGR開度センサ67より出力されるセンサ出力信号が、エンジンの運転状況(特にエンジン回転速度、アクセル開度(エンジン負荷)等)に対応して設定される制御目標値(目標EGR率)に相当する目標開度(目標リフト量または目標ストローク量)と一致するように、EGR制御弁のモータMへの供給電力をフィードバック制御する。
ECUは、IG・ONされると、先ず、エンジンの運転状況(運転状態)または運転条件を算出するのに必要は各種センサ出力信号を入力する。
ECUは、エンジンの運転状況に対応してEGR率が最適値となるように、EGR制御弁の開度を可変制御する。
具体的には、EGR開度センサ67より出力されるセンサ出力信号が、エンジンの運転状況(特にエンジン回転速度、アクセル開度(エンジン負荷)等)に対応して設定される制御目標値(目標EGR率)に相当する目標開度(目標リフト量または目標ストローク量)と一致するように、EGR制御弁のモータMへの供給電力をフィードバック制御する。
ここで、モータMへの電力供給が成されない場合には、リターンスプリング7の付勢力(スプリング荷重)によって、バルブステム2を摺動可能に支持するバルブボディ4に保持されたバルブシート20に着座して流路孔21〜23を閉鎖(全閉)するゼロリフト(全閉位置)となるようにポペットバルブ1のリフト量またはバルブステム2のストローク量が設定される。これにより、EGRガスが、エアクリーナを通過した清浄な吸気(新気)に混入しない。
次に、EGR制御弁を開弁させるような運転状況(エンジンの運転状況)になると、モータMへの電力供給が制御される。
モータMに電力が供給されると、モータ軸10が開弁作動方向に回転する。これにより、モータMのモータ軸10の回転動力(トルク)が、ピニオンギア13、中間ギア14および出力ギア15に伝達される。そして、出力ギア15からトルクが伝達された出力ギア軸12が、リターンスプリング7を捩じりながら、出力ギア15の回転に伴って所定の回転角度だけ開弁作動方向に回転する。そして、出力ギア軸12からトルクが伝達されたプレートカム5が、出力ギア軸12の回転に伴って所定の回転角度(出力ギア15の作動角度と等しいカム角度)だけ開弁作動方向に回転する。
モータMに電力が供給されると、モータ軸10が開弁作動方向に回転する。これにより、モータMのモータ軸10の回転動力(トルク)が、ピニオンギア13、中間ギア14および出力ギア15に伝達される。そして、出力ギア15からトルクが伝達された出力ギア軸12が、リターンスプリング7を捩じりながら、出力ギア15の回転に伴って所定の回転角度だけ開弁作動方向に回転する。そして、出力ギア軸12からトルクが伝達されたプレートカム5が、出力ギア軸12の回転に伴って所定の回転角度(出力ギア15の作動角度と等しいカム角度)だけ開弁作動方向に回転する。
ここで、2つのピボットピン33、34に支持された2つのボールベアリング31、32が板ばね35によってカムスロット6の各カム溝壁面に押圧されているので、プレートカム5が回転すると、2つのボールベアリング31、32がカムスロット6の各カム溝壁面を摺動(滑動)して、カムスロット6のカム全閉位置からカム全開位置までの範囲内で移動することにより、2つのピボットピン33、34を保持するバルブステム2がその軸線方向のバルブ開側へ直線移動する。
そして、バルブステム2の直線移動に伴って、バルブステム2の出力部の外周(先端外周)に固定されたポペットバルブ1が、バルブボディ4に保持されたバルブシート20より離脱して、エンジンの運転状況に対応した所定のリフト量またはストローク量分だけリフトする。これにより、EGRガス流路(流路孔21〜23)が開放される。
このように、エンジンの運転状況に対応してEGR制御弁の開度、ポペットバルブ1のリフト量またはバルブステム2のストローク量をリニアに可変制御することで、エアクリーナを通過した清浄な吸気(新気)に対する、EGRガスの導入量(混入量)が調節される。
これによって、排気ガス中に含まれる有害物質(例えばNOx等)が低減される。
このように、エンジンの運転状況に対応してEGR制御弁の開度、ポペットバルブ1のリフト量またはバルブステム2のストローク量をリニアに可変制御することで、エアクリーナを通過した清浄な吸気(新気)に対する、EGRガスの導入量(混入量)が調節される。
これによって、排気ガス中に含まれる有害物質(例えばNOx等)が低減される。
[実施例1の効果]
以上のように、本実施例のEGR制御弁においては、減速機構の出力ギア15を、ポペットバルブ1のバルブステム2に対して所定の軸方向距離だけ離れた位置で、且つ出力ギア軸12の外周にプレートカム5と分離して固定することにより、プレートカム5の中心を通り、バルブステム2の中心軸線に対して垂直方向に延びるプレートカム5の中心線よりも一方側(減速機構側、出力ギア15側)にモータMのフロントブラケット49が位置し、また、プレートカム5の中心線よりも他方側(減速機構側、出力ギア15側に対して反対側)にモータMのベアリングホルダ58が位置することになる。
以上のように、本実施例のEGR制御弁においては、減速機構の出力ギア15を、ポペットバルブ1のバルブステム2に対して所定の軸方向距離だけ離れた位置で、且つ出力ギア軸12の外周にプレートカム5と分離して固定することにより、プレートカム5の中心を通り、バルブステム2の中心軸線に対して垂直方向に延びるプレートカム5の中心線よりも一方側(減速機構側、出力ギア15側)にモータMのフロントブラケット49が位置し、また、プレートカム5の中心線よりも他方側(減速機構側、出力ギア15側に対して反対側)にモータMのベアリングホルダ58が位置することになる。
これによって、従来のバルブ駆動装置と比べて、プレートカム5の中心線から、モータMを収容するモータケース46の凸部59までのモータ突き出し寸法(L)を小さくすることができる。
この結果、EGR制御弁のバルブ駆動装置全体(特にアクチュエータサブアッセンブリA)の体格の小型化を図ることができるので、自動車等の車両のエンジンルーム内におけるEGR制御弁の搭載スペースを容易に確保することができる。また、モータ突き出し寸法(L)が小さくなるので、ハウジング8の取付面(例えばEGR制御弁の取付部材(固定部材)に結合する結合フランジ45の結合端面)からのモータMの飛び出し量が減る。これにより、モータMの耐振性を向上させることができる。
この結果、EGR制御弁のバルブ駆動装置全体(特にアクチュエータサブアッセンブリA)の体格の小型化を図ることができるので、自動車等の車両のエンジンルーム内におけるEGR制御弁の搭載スペースを容易に確保することができる。また、モータ突き出し寸法(L)が小さくなるので、ハウジング8の取付面(例えばEGR制御弁の取付部材(固定部材)に結合する結合フランジ45の結合端面)からのモータMの飛び出し量が減る。これにより、モータMの耐振性を向上させることができる。
また、ポペットバルブ1の動作パターンに対応した形状のカムスロット6を有するプレートカム5を備えている。
バルブステム2は、カムスロット6の各カム溝壁面に沿って案内される2つのボールベアリング31、32、カムスロット6内に移動可能に挿入されて、ボールベアリング31、32を介してプレートカム5からアクチュエータの動力を受ける2つのピボットピン33、34、およびカムスロット6の各カム溝壁面にボールベアリング31、32を押し付ける側に付勢する1つの板ばね35を有している。
バルブステム2は、カムスロット6の各カム溝壁面に沿って案内される2つのボールベアリング31、32、カムスロット6内に移動可能に挿入されて、ボールベアリング31、32を介してプレートカム5からアクチュエータの動力を受ける2つのピボットピン33、34、およびカムスロット6の各カム溝壁面にボールベアリング31、32を押し付ける側に付勢する1つの板ばね35を有している。
そして、バルブステム2の各第1、第2対向片24、25を貫通するようにそれぞれ設けられる第2嵌合孔37は、ピボットピン34がバルブステム2の軸線方向に移動可能なルーズ孔とされている。
これによって、各ボールベアリング31、32を板ばね35の付勢力(反力)によりカムスロット6の各カム溝壁面に突っ張らせることにより、バルブステム2の軸線方向のガタツキの発生を抑制することができる。
これによって、各ボールベアリング31、32を板ばね35の付勢力(反力)によりカムスロット6の各カム溝壁面に突っ張らせることにより、バルブステム2の軸線方向のガタツキの発生を抑制することができる。
また、アクチュエータサブアッセンブリAとバルブサブアッセンブリBとを分離してユニット化する。
ハウジング8には、プレートカム5の回転可能範囲の限界位置(全開位置)を越えてプレートカム5を回転させた時に、バルブステム2とプレートカム5とが干渉しない逃げ空間54を設けてあり、プレートカム5を全開した状態で、バルブサブアッセンブリBを組み付け、プレートカム5を全閉側に回転させることで、バルブステム2の各第1、第2対向片24、25間(スリット26内)にプレートカム5を嵌合させる。その後に、全開ストッパ9をハウジング8に組み付ける。
ハウジング8には、プレートカム5の回転可能範囲の限界位置(全開位置)を越えてプレートカム5を回転させた時に、バルブステム2とプレートカム5とが干渉しない逃げ空間54を設けてあり、プレートカム5を全開した状態で、バルブサブアッセンブリBを組み付け、プレートカム5を全閉側に回転させることで、バルブステム2の各第1、第2対向片24、25間(スリット26内)にプレートカム5を嵌合させる。その後に、全開ストッパ9をハウジング8に組み付ける。
また、プレートカム5の回転可能範囲の限界位置を越えてプレートカム5を回転させた時に、ポペットバルブ1のバルブステム2とプレートカム5とが干渉しない逃げ空間54をハウジング8のアクチュエータ収納凹部52内に設けたことにより、アクチュエータサブアッセンブリAにバルブサブアッセンブリBを組み付ける組付時における、バルブステム2のスリット26に対するプレートカム5の組み付け作業が容易となる。したがって、組み付け作業性が向上するので、バルブ駆動装置を備えたEGR制御弁の製造コストを低減するこができる。
[実施例2]
図8および図9は、本発明を適用した内燃機関の排気循環装置に組み込まれるEGR制御弁(実施例2)を示したものである。
ここで、実施例1と同じ符号は、同一の構成または機能を示すものであって、説明を省略する。
図8および図9は、本発明を適用した内燃機関の排気循環装置に組み込まれるEGR制御弁(実施例2)を示したものである。
ここで、実施例1と同じ符号は、同一の構成または機能を示すものであって、説明を省略する。
本実施例の変換機構は、出力ギア軸12の中心軸線を中心にして出力ギア15の出力ギアレバー66と一体回転可能に連結したプレートカム5と、このプレートカム5のカムスロット6内に移動自在に挿入される2つのボールベアリング31、32と、各ボールベアリング31、32の内輪と圧入嵌合して各ボールベアリング31、32の外輪を回転自在に支持する2つのピボットピン33、34と、カムスロット6の各カム溝壁面にボールベアリング31、32を押し付ける側に付勢する1つのコンプレッションスプリング(付勢手段)81とを備えている。
2つのピボットピン33、34のうちの一方のピボットピン33は、バルブステム2のの各対向片24、25に設けられる第1嵌合孔36に嵌合保持されている。
2つのピボットピン33、34のうちの他方のピボットピン34は、バルブステム2のの各対向片24、25に設けられる第2嵌合孔37、および対向片24、25に対して相対移動可能に取り付けられる円筒カラー82の係合凹部83に嵌合保持されている。なお、第2嵌合孔37は、ピボットピン34が、バルブステム2の軸線方向に移動可能なルーズ孔(長円形孔)とされている。また、円筒カラー82は、バルブステム2に対してルーズに軸線方向に移動可能である。
2つのピボットピン33、34のうちの他方のピボットピン34は、バルブステム2のの各対向片24、25に設けられる第2嵌合孔37、および対向片24、25に対して相対移動可能に取り付けられる円筒カラー82の係合凹部83に嵌合保持されている。なお、第2嵌合孔37は、ピボットピン34が、バルブステム2の軸線方向に移動可能なルーズ孔(長円形孔)とされている。また、円筒カラー82は、バルブステム2に対してルーズに軸線方向に移動可能である。
コンプレッションスプリング81は、バルブステム2の各対向片24、25の周囲を渦巻き状(螺旋状)に取り囲むように設置されている。このコンプレッションスプリング81は、バルブステム2の各対向片24、25に設けられる鍔状のフランジ84、85のスプリング座部と円筒カラー82の外周に設けられる鍔状のフランジ86のスプリング座部との間に渦巻き状に巻装されたコイル部を有している。
コンプレッションスプリング81の軸線方向の一端側には、フランジ84、85のスプリング座部に接触する円環状の第1コイル端部が設けられている。
コンプレッションスプリング81の軸線方向の他端側には、フランジ86のスプリング座部に接触する円環状の第2コイル端部が設けられている。
以上のように、本実施例のEGR制御弁においては、実施例1と同様な効果を奏する。
コンプレッションスプリング81の軸線方向の一端側には、フランジ84、85のスプリング座部に接触する円環状の第1コイル端部が設けられている。
コンプレッションスプリング81の軸線方向の他端側には、フランジ86のスプリング座部に接触する円環状の第2コイル端部が設けられている。
以上のように、本実施例のEGR制御弁においては、実施例1と同様な効果を奏する。
[変形例]
本実施例では、本発明のバルブ駆動装置を、内燃機関の排気循環装置に組み込まれるEGR制御弁のバルブ駆動装置に適用しているが、本発明のバルブ駆動装置を、内燃機関の排気装置に組み込まれる排気制御弁のバルブ駆動装置に適用しても良い。また、内燃機関の吸気装置に組み込まれる吸気制御弁のバルブ駆動装置に適用しても良い。
なお、排気制御弁としては、ウェイストゲート弁、スクロール切替弁、排気流量制御弁、排気圧力制御弁、排気切替弁、排気絞り弁等が考えられる。
本実施例では、本発明のバルブ駆動装置を、内燃機関の排気循環装置に組み込まれるEGR制御弁のバルブ駆動装置に適用しているが、本発明のバルブ駆動装置を、内燃機関の排気装置に組み込まれる排気制御弁のバルブ駆動装置に適用しても良い。また、内燃機関の吸気装置に組み込まれる吸気制御弁のバルブ駆動装置に適用しても良い。
なお、排気制御弁としては、ウェイストゲート弁、スクロール切替弁、排気流量制御弁、排気圧力制御弁、排気切替弁、排気絞り弁等が考えられる。
また、吸気制御弁としては、スロットル弁等の吸気絞り弁が考えられる。
また、排気ガス制御弁の弁体を構成するバルブとして、ポペットバルブ1を採用しているが、バルブとシャフトとの間にリンク機構を介することにより、バタフライバルブ、フラップバルブ、プレートバルブ、ロータリバルブ等の回転型バルブを採用しても良い。また、ダブルポペットバルブを採用しても良い。
また、シャフトとしてバルブステム2の代わりに、軸線方向に延びる作動ロッドを用いても良い。
また、排気ガス制御弁の弁体を構成するバルブとして、ポペットバルブ1を採用しているが、バルブとシャフトとの間にリンク機構を介することにより、バタフライバルブ、フラップバルブ、プレートバルブ、ロータリバルブ等の回転型バルブを採用しても良い。また、ダブルポペットバルブを採用しても良い。
また、シャフトとしてバルブステム2の代わりに、軸線方向に延びる作動ロッドを用いても良い。
また、2つのボールベアリング(第1、第2ベアリング)31、32の代わりに、2つの第1、第2支軸(ピボットピン)33、34の外周に回転自在に支持される第1、第2カムフォロワ(カムローラ)を使用しても良い。この場合でも、バルブステム2の入力部(第1、第2支軸、第1、第2カムフォロワ)が、プレートカム5のカムスロット6の各カム溝壁面に沿って移動(摺動、滑動)可能に案内される。
また、内燃機関(エンジン)として、多気筒ディーゼルエンジンの代わりに、多気筒ガソリンエンジンを用いても良い。また、単気筒エンジンに適用しても良い。
また、内燃機関(エンジン)として、多気筒ディーゼルエンジンの代わりに、多気筒ガソリンエンジンを用いても良い。また、単気筒エンジンに適用しても良い。
A アクチュエータサブアッセンブリ(第1サブアッセンブリ)
B バルブサブアッセンブリ(第2サブアッセンブリ)
M モータ(アクチュエータの動力源)
1 ポペットバルブ
2 バルブステム(シャフト)
5 プレートカム
6 カムスロット
12 出力ギア軸(減速機構の出力軸)
15 出力ギア
B バルブサブアッセンブリ(第2サブアッセンブリ)
M モータ(アクチュエータの動力源)
1 ポペットバルブ
2 バルブステム(シャフト)
5 プレートカム
6 カムスロット
12 出力ギア軸(減速機構の出力軸)
15 出力ギア
Claims (12)
- バルブ(1)のシャフト(2)をその軸線方向に往復移動させるバルブ駆動装置において、
前記バルブ(1)を駆動する動力を発生するモータ(M)を有するアクチュエータと、 このアクチュエータの動力を受けて回転するカム(5)を有し、前記アクチュエータの回転運動を前記バルブ(1)の直線運動に変換する変換機構と
を備え、
前記アクチュエータは、前記モータ(M)の回転を減速する減速機構を有し、
前記減速機構は、前記モータ(M)の回転が伝わる出力ギア(15)、および前記カム(5)の回転角度を変更する出力軸(12)を有し、
前記出力ギア(15)は、前記シャフト(2)に対して所定の距離だけ離れた位置で、且つ前記出力軸(12)に前記カム(5)と分離して固定されていることを特徴とするバルブ駆動装置。 - 請求項1に記載のバルブ駆動装置において、
前記モータ(M)は、前記カム(5)の中心線よりも一方側に設置されたフロントエンド部(49)、および前記カム(5)の中心線よりも他方側に設置されたリヤエンド部(58)を有していることを特徴とするバルブ駆動装置。 - 請求項1または請求項2に記載のバルブ駆動装置において、
前記カム(5)は、前記バルブ(1)の動作パターンに対応した形状のカムスロット(6)を有していることを特徴とするバルブ駆動装置。 - 請求項3に記載のバルブ駆動装置において、
前記変換機構または前記シャフト(2)は、前記カムスロット(6)の各壁面に沿って案内される2つの第1、第2ベアリング(31、32)、前記カムスロット(6)内に移動可能に挿入されて、前記第1、第2ベアリング(31、32)を介して前記カム(5)から前記アクチュエータの動力を受ける2つの第1、第2支軸(33、34)、および前記カムスロット(6)の各壁面に前記第1、第2ベアリング(31、32)を押し付ける側に付勢する1つの付勢手段(35、81)を有していることを特徴とするバルブ駆動装置。 - 請求項4に記載のバルブ駆動装置において、
前記シャフト(2)は、前記2つの第1、第2支軸(33、34)がそれぞれ嵌合する2つの第1、第2嵌合孔(36、37)を有し、
前記2つの第1、第2嵌合孔(36、37)のうちの少なくとも一方の嵌合孔(37)は、前記2つの第1、第2支軸(33、34)のうちの少なくとも一方の支軸(34)が、前記シャフト(2)の軸線方向に移動可能なルーズ孔とされていることを特徴とするバルブ駆動装置。 - 請求項3ないし請求項5のうちのいずれか1つに記載のバルブ駆動装置において、
前記バルブ(1)は、前記2つの第1、第2支軸(33、34)が前記カムスロット(6)の形成方向の一端側に位置している時に全閉位置に配置され、前記2つの第1、第2支軸(33、34)が前記カムスロット(6)の形成方向の他端側に位置している時に全開位置に配置され、
前記カム(5)は、前記バルブ(1)が全閉位置の時に前記カム(5)の回転位置が全閉状態となり、前記バルブ(1)が全開位置の時に前記カム(5)の回転位置が全開状態となることを特徴とするバルブ駆動装置。 - 請求項1ないし請求項6のうちのいずれか1つに記載のバルブ駆動装置において、
流体が流れる流路(21〜23)、およびこの流路(21〜23)の途中に設けられる環状のシート(20)を有するバルブボディ(4)を備えたことを特徴とするバルブ駆動装置。 - 請求項7に記載のバルブ駆動装置において、
前記バルブ(1)は、前記シート(20)に対して着座、離脱して前記流路(21〜23)を閉鎖、開放する弁体を有していることを特徴とするバルブ駆動装置。 - 請求項1ないし請求項8のうちのいずれか1つに記載のバルブ駆動装置において、
前記シャフト(2)をその軸線方向に摺動可能に支持する筒状の軸受(3)と、
この軸受(3)の外周を保持する筒状の軸受ホルダ(4、4a)と
を備えたことを特徴とするバルブ駆動装置。 - 請求項1ないし請求項9のうちのいずれか1つに記載のバルブ駆動装置において、
前記バルブ(1)および前記シャフト(2)が予め組み立てられてサブアッセンブリの状態で組み付けられるハウジング(8)を備え、
前記ハウジング(8)は、前記アクチュエータおよび前記変換機構を収容するケース(51)を有していることを特徴とするバルブ駆動装置。 - 請求項10に記載のバルブ駆動装置において、
前記ハウジング(8)は、前記カム(5)の回転可能範囲の限界位置を越えて前記カム(5)を回転させた時に、前記シャフト(2)と前記カム(5)とが干渉しない逃げ空間(54)を有し、
前記シャフト(2)は、前記カム(5)の回転可能範囲内に前記カム(5)を回転させた時に、前記カム(5)が挿入可能なスリット(26)を隔てて対向する2つの第1、第2対向部(24、25)を有していることを特徴とするバルブ駆動装置。 - 請求項11に記載のバルブ駆動装置の組付方法において、
前記減速機構および前記カム(5)を前記ハウジング(8)に組み付けて第1サブアッセンブリ(A)を形成する工程と、
前記バルブ(1)および前記シャフト(2)を組み立てて第2サブアッセンブリ(B)を形成する工程と、
前記カム(5)の回転可能範囲の限界位置を越えて前記カム(5)を回転させた状態で、前記第1サブアッセンブリ(A)に前記第2サブアッセンブリ(B)を組み付ける工程と、
次に、前記カム(5)の回転可能範囲内に前記カム(5)を回転させることで、前記2つの第1、第2対向部(24、25)間に前記カム(5)を嵌合させて、前記第1サブアッセンブリ(A)に前記第2サブアッセンブリ(B)を組み付ける工程と
を備えたことを特徴とするバルブ駆動装置の組付方法。
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JP2012132530A JP2013256885A (ja) | 2012-06-12 | 2012-06-12 | バルブ駆動装置、およびその組付方法 |
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-
2012
- 2012-06-12 JP JP2012132530A patent/JP2013256885A/ja active Pending
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